traitement des eaux usees.pptx

Gestion des eaux usées

(Le traitement traitement des eaux usées et des boues d’épuration)

Présenté par: Larbaoui Nihal Slama Houssam Eddine

Sommaire •

Eaux usées :  –

 –

Origines & composition Traitement •

•

•

•

Mécanique Biologique Chimique

Boues d’épuration :  –

Composition •

•

 –

Fraction organique Fraction minérale

Traitements •

•

Oxydation par voie humide (OVH) Incinération

Eaux usées: Origines & composition Organique

: Pollution domestique

•

Protéines

•

Sucres

•

Graisses ( produits  produits d’entretien, d’entretien, urines, selles)

Nutriments  

Composés azotés Composés phosphorés

Métaux  

et engrais : Pollution agricole

lourds : Pollution industrielle

Cuivre, Zinc, Plomb (corrosion des conduites) Autres : Hg, Ni, Cd, Cr, etc.

Traitement des eaux usées Traitement mécanique : Prédégrillage

But : Eliminer les gros déchets Dessablage

But : Décantation du sable et des particules lourdes Déshuilage

But : Récupération des huiles, graisses et hydrocarbures Décantation

But : Sédimentation des particules solides

Traitement des eaux usées Traitement biologique : Boue

activée

Boue issue des eaux usées mélangée avec les boues des fosses septiques contenant les bactéries actives. Phase

aérobie

Utilisation des boues activées et apport d’oxygène pour la minéralisation des composés organiques ( 80% à 90%). (1) Substances organiques + O 2

 CO2 +

PO43- + SO42- + NO3-

Nitrification par bactéries ( nitrosomas, nitrobacter ) des ions ammonium (NH 4+) issus de la décomposition des protéines. (2) NH4+

 NO2-  NO3-

Traitement des eaux usées Traitement biologique : Phase

anaérobie

Dénitrification des ions nitrates (NO 3-) par bactéries anaérobiques ( pseudomonas) qui puisent l’oxygène dans lesdits ions et rejettent de l’azote gazeux. (3) NO3-

 NO2-  N2

60% à 90% de NO x- sont dénitrifiés. Les nitrates sont des fertilisants, mais ils contribuent à l’eutrophisation des rivières.

Traitement des eaux usées Traitement biologique   e   u (1) Minéralisation   q    i   n   a   c    é   m    t   n   e   m   e    t    i   a   r    T

Phase aérobie

Phase anaérobie (2) Nitrification

Oxygénation

Boues activées

(3) Dénitrification

  e   u   q    i   m    i    h   c    t   n   e   m   e    t    i   a   r    T

Traitement des eaux usées Phase aérobie (2)

(3)

NH4+   n   o    i    t   a   c    i    f    i   r    t    i    N

Phase anaérobie

Nitrosomonas

NO2Nitrobacter

NO3-

N2 Pseudomonas

NO2Pseudomonas

NO3-

  n   o    i    t   a   c    i    f    i   r    t    i   n    é    D

Traitement des eaux usées Traitement biologique : Résidus

après traitements

•

Composés organiques (25 mg/L)

•

Métaux lourds

•

Nitrates (10 à 12 mg/L)

•

Phosphates (3 à 5 mg/L)

•

Agents potentiellement infectieux

•

Médicaments, antibiotiques

Traitement des eaux usées Traitement chimique : Elimination des phosphates résiduels

Les phosphates sont éliminés par additions de sels de fer III ou d’aluminium. Les phosphates de fer et d’aluminium sont très peu solubles dans l’eau, ils précipitent et sédimentent dans le fond du bassin.  PO34(aq )   FeCl3(aq )



 3Cl(aq)



FePO4(s)

 PO34(aq )  AlCl 3(aq)



 3Cl(aq)



AlPO4(s)

Le traitement des phosphates est facultatif.

Composition des boues Eau 95%

   E    U    O    B

5%

Matières sèches

de

à

Organiques

70%

50%

Minérales

30%

50%

Fraction organique Composition : Protéines

30%

Graisses

13%

Matières fibreuses

33%

Hydrates de carbone non fibreux

24%

Composition élémentaire : Carbone Hydrogène Oxygène Azote Soufre

53% 7,7% 33,5% 5% 0,8%

Fraction organique Contaminants organiques : Esters phtaliques Hydrocarbures aromatiques polycycliques

1 à 100 ppm 0,01 à 50 ppm

Biphényles polychlorés (dioxines)

0,15 à 9 ppm

Pesticides (DDT, Lindane, Aldrin)

0,1 à 5 ppm

*ppm : partie par million en masse, soit 1 ppm = 0,0001% en masse

Fraction organique O

Ester phtalique : Composé produit par l’estérification de l’acide phtalique. Cl

Cl

Cl

Cl

Acide phtalique

O

H

O

H

O

DDT : Pesticide pouvant intervenir dans la formation d’une dioxine (PCB).

DDT

Cl

Biphényles polychlorés (PCB) : Ex: molécule chlorée possédant deux noyaux benzéniques ( phényls).

Cl

1-Chloro-naphthalène

Fraction minérale Composition essentielle : •

•

•

•

Silice : SiO2 Alumine : Al2O3 Chaux : CaCO3 Magnésie : MgCO3

Contaminants toxiques : Zn

500 ppm Ni*

30 ppm

Cu*

400 ppm Cd*

5 ppm

Fe

200 ppm Mo

4 ppm

Pb*

120 ppm As

3 ppm

B

50 ppm Hg*

2 ppm

Cr*

50 ppm Se

2 ppm

Problématiques des boues •

Haute teneur en eau  Nécessite un épaississement ou séchage des boues

•

Haute teneur en matières minérales  Présence de métaux lourds

•

Micro organismes  Agents potentiellement infectieux

Traitement des boues •

Oxydation par voie humide (OVH)

•

Incinération/Co-incinération

Oxydation par voie humide •

L’oxydation par voir humide (OVH):  –

 –

 –

•

•

Les boues ne doivent pas être séchées Une substance peut s’oxyder  –

 –

•

Soit directement Soit par l’intermédiaire de radicaux.

Un composé organique peut donc  –

 –

•

Réaction en phase aqueuse entre la matière organique et l’oxygène dissous à température et pression élevées

Soit se minéraliser Soit se transformer en composés plus simples à oxyder et se minéraliser ensuite.

Réactions Solide/Liquide ou Liquide/Liquide.

Oxydation par voie humide  Mécanismes

radicalaires :

Intervention du groupement hydroxyle (OH •) RH  O2

 

RH  HO 2



 R 



 

 R 



HO 2 

H 2O 2

H2O2 génère des radicaux OH• en présence des espèces organiques :

H 2O2



 2OH  



RH  OH



R   O2

 ROO



 R 



H 2O

Oxydation par voie humide  Mécanismes

radicalaires :

Formation d’acide carboxylique :

ROO





ROOH



RH   ROOH   R 



 R' CHO





OH



Transformation en aldéhyde :

R' CHO  R' CHO 





OH 

OH 





 R' CHO  H2 O

CH 2 CHO  C  H2

Oxydation par voie humide  Mécanismes

électrochimiques :

Les hydrocarbures et les acides carboxyliques sont réduits directement en présence d’oxygène dissout : C n H 2 n 2



2nH2O  nCO2

HCOOH  CO 2



2H 





(6n  2)H 



(6n  2)e 

2e 

Réactions couplées avec la réduction de l’oxygène dissout :

O2



4H 



4e 



2H2 O

Oxydation par voie humide •

•

•

•

•

Oxydation en phase aqueuse par O2 dissous Utilise les Boues brutes Emissions gazeuses limitées Emissions liquides renvoyées en tête de station Résidu solide inerte (technosables)

Pression : 30 à 150 Bar Température : 200 à 300°C Temps : 1 heure

Oxydation par voie humide m=310kg 73% d’eau

Boues m=1000kg

O2 m=250Kg Effluent liquides

Gaz

OVH p=30 Bar T=235°C t=1 heure

Solide

m=190kg 50% Matière sèche

Oxydation par voie humide

Matières organiques

80%

Minéralisées en : CO, CO2, H2O

20%

Transformées en : Acide acétique, Acides gras et alcools

70%

Solubilisé en ammoniaque : NH4OH

30%

Sous forme gazeuse : N 2

Azote (N)

Oxydation par voie humide Phosphore (P)

Oxydé en phosphates : PO43-

Chlore (Cl)

Transformé en chlorures : Cl ex.: HCl

Soufre (S)

Oxydé en sulfates : SO 42-

Incinération •

Combustion dans une flamme avec production de cendres

•

Nécessite un séchage préalable des boues.

•

•

Les atomes de C, H, S, N se combinent à l’oxygène à haute température (T>600°C).

Le temps de réaction est de l’ordre de la seconde.

Equation générale de combustion :

(Ca H b Nc Od Se )  nO2



aCO2 

 b 2

O2  cNO x



eSO 2

Incinération •

Combustion en phase gazeuse

•

Utilise les Boues séchées

•

Emissions gazeuses élevées

•

Cendres

Pression : 1 atm Température : 850°C Temps : 2 secondes

Incinération Fumées + polluants V=2750 Nm3

Boues m=1000kg

Air V=1700 Nm3

Gaz

Incinération p=1 atm T=850°C t=2 s

Solide Cendres m=70kg

Comparaison : OVH/Incinération OVH Boues brutes 30 à 150 Bar 200 à 300°C 1 heure

p T t 

 

Oxydation par O2 dissous en phase liquide Production de gaz limitée Résidu solide inerte

Incinération Boues séchées 1 atm 850°C 2 secondes 

 

Combustion en phase gazeuse Production de gaz élevée Cendres

Bibliographie •

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Guide « L’eau à Bruxelles » : Coordination Senne, groupe de travail d’Escaut sans Frontière en collaboration avec Brussels by Water, édité avec le soutien de la Région de Bruxelles-Capitale. Documents: Station d’épuration de la vallée de la Dyle. Documents: Incinérateur de Basse-Wavre.

« Traitements des boues d’épuration : comparaison entre les procédés d’OVH et d’incinération  » : C Gisèle Jung,André Fontana (ULB), Didier Cretenot et Merzah Belkhodja (Vivendi Water Systems), 249, 2002, L’eau, l’industrie, les nuisances.