Introduction et objectifs

Stations d'épuration à boues activées

On s'interesse ici à la modélisation des stations d'épuration (STEP) qui reposent sur le principe des boues activées. C'est un mode d'épuration par cultures libres. L'épuration par boues activées consiste à mettre en contact les eaux usées avec un mélange riche en bactéries par brassage pour dégrader la matière organique en suspension ou dissoute. Il y a une aération importante pour permettre l'activité des bactéries et la dégradation de ces matières, suivies d'une décantation à partir de laquelle on renvoie les boues riches en bactéries vers le bassin d'aération.

Le brassage est réalisée à l'aide de mélangeurs.

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L'aération est réalisée à l'aide de grilles de diffuseurs.

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Présentation de notre BEI

Notre BEI consite à étudier le transfert d'oxygène au sein de n'importe quel bassin d'aération. Le but de ce projet est de créer un outil simple qui permette d'évaluer le transfert d'oxygène. Cet outil doit être fonctionnel et permettre à l'utilisateur de faire varier de nombreux paramètres qui caractérisent le bassin rapidement. Il sera par la suite utile aux industriels pour la conception et l'optimisation des bassins d'aération. Le calcul de ce transfert d'oxygène devra prendre en compte le phénomène de spiral flow qui apparait dans une section droite du bassin et modifie considérablement le temps de séjour des bulles d'air dans le bassin.


Plan d'étude

Dans un premier temps, nous nous sommes intéréssées à l'étude des pertes de charge au sein de l'écoulement liquide horizontal. Cette étude nous a permis de déterminer la vitesse horizontale du liquide en fonction de la géométrie du bassin d'aération et des caractéristiques des mélangeurs.

Ensuite, nous avons étudié le phénomène du spiral flow, c'est à dire la mise en mouvement du liquide dans une section droite du bassin engendrée par l'entraînement des bulles de gaz. Nous avons écrit les équations qui régissent ce phénomène en les projetant sur la section. La modélisation du spiral flow est d'importance majeure dans notre étude car ce phénomène modifie fortement le temps de séjour des bulles dans le bassin, et par conséquent, le taux de gaz.

Nous nous sommes également intéresées au phénomène de transition qui intervient en entrée et juste en aval des grilles de diffuseurs. En effet, le taux de gaz n'atteint pas instantanément ses valeurs maximale ou minimale et ces zones de transition doivent être prises en compte dans le transfert d'oxygène.

Enfin, toutes les études précedentes permettent de calculer la concentration en oxygène dans l'eau. L'oxygène contenu dans l'eau provient des bulles d'air et le tranfert d'oxygène dépend principalement de la diffusivité de l'air, du temps de séjour des bulles, et du taux de gaz dans le bassin.

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