Dimensionnement des dégrilleurs

Dimensionnement des dégrilleurs

 

Nous allons détailler, dans cette partie, la phase de dimensionnement relative à la première étape de traitement. Comme nous l'avons expliqué précédemment, cette étape est composée d'un dégrillage grossier puis fin et d'un dégrilleur en by-pass manuel.

Les calculs, relatifs au dégrilleur, consistent à déterminer la surface de la grille nécessaire à l'élimination des matières volumineuses puis la largeur associée. 

  • Surface de grille

Cette surface S est déterminée par la formule suivante : 

$$S=\frac{Q_{max}}{V.O.C}$$

Avec  

$Q_{max}$ le débit maximum arrivant en entrée de grille  

$V$ la vitesse de l'influent qui est une vitesse permettant la bonne élimination des résidus et qui évite également une sédimentation de la grille. 

$O$ grandeur relative au rapport espace libre entre les barreaux noté e et la somme de l'espace libre entre les barreaux et leur épaisseur notée E. 

$C$ un coefficient de colmatage de grille automatique (dans notre cas)

Ce sont donc ces grandeurs qu'ils nous faut fixer pour nos deux types de dégrilleur courbe fin puis grossier. 

Après avoir réalisé des recherches bibliographiques dans le domaine, les valeurs suivantes de paramètre ont été retenues :

Paramètres d'entrée pour la détermination de la surface de grille

Paramètres 

Intervalle théorique admis

Valeur choisie

$V$ = Vitesse influent dans le caniveau  (m/s)

0,3 - 0,6 

0,45 (en moyenne)         

$e$ = Espace libre entre les barreaux (mm)

Grossier : 30 - 100 

Fin : inférieur ou égal à 10 

Grossier : 60 

Fin : 10

$E$ = Épaisseur des barreaux (mm) aucun  10
$C$ = Coefficient de colmatage de grille automatique  0,4 - 0,5 0,5 

Le débit maximum, dans notre cas, sera relatif au débit maximum obtenu en été c'est à dire égal à 2160 m3/jour. Il est considéré comme maintenu d'une étape de dégrillage à l'autre.

Concernant la vitesse, cette dernière est également maintenue à 0,45 m/s malgré la conservation du débit et le changement de section. Il nous serait, en effet, impossible de déterminer notre surface et donc notre largeur de grille sans imposer celle-ci.

Les surfaces suivantes ont alors été obtenues : 

Surface obtenue en m2​ pour les deux types de dégrilleur
Surface $S$ Valeur calculée (m2)
Dégrilleur grossier automatique  0,13
Dégrilleur fin automatique

0,22

  • Largeur de grille

Une fois les surfaces obtenues, nous avons déterminé la largeur $l$ des grilles relatives. Pour cela, nous sommes parties de la notion de tirant d'eau noté $t$

Le tirant d'eau représente la hauteur d'eau de la partie immergée de la grille. Cette hauteur peut être représentée de la façon schématique suivante : 

Source : Méthode de calcul d'une unité de traitement, A.G Sadowski              Représentation schématique du tirant d'eau

Ainsi il est possible de relier le tirant d'eau avec, d'une part, la longueur mouillée $Lo$ de la grille puis la largeur $l$ de la façon suivante : 

$$t=\sin(\alpha).Lo$$

Avec $\alpha$ l'angle entre le fond du caniveau, dans lequel la grille est placée, et la grille courbe. Cette angle est pris égal à 26,5 degrès selon le rapport "méthode de calcul d'une unité de traitement" de Mr Sadowski

Cette première relation est applicable en considérant que, sur cette longueur mouillée, la grille courbe reste relativement droite. 

Le tirant d'eau a été initialement imposé à 20 cm, à défaut de calcul plus précis, selon le rapport précédent proposant plusieurs valeurs de tirant d'eau en fonction de la population traitée. Cette valeur de 20 cm a été choisie en considérant une population inférieure à 20000. 

Le tirant d'eau a été imposé pour les deux ouvrages dégrilleur fin et grossier malgré une variation de cette hauteur. 

Puis : 

$$l=\frac{S}{Lo}$$

Les résultats suivants ont été obtenus : 

Largeur de grille en cm
Largeur de grille $l$  Valeur (cm)
Dégrilleur grossier  30
Dégrilleur fin  50

Il faudra alors adapter les dimensions du caniveau, contenant la grille, de façon à respecter la vitesse nécessaire au bon dégrillage et convenant de ce fait à la largeur de la grille installée. En effet, en imaginant une vitesse classique de canalisation de l'ordre de 1 m/s et notre débit maximum, une section de canalisation nécessaire serait de 0,025 m2 soit un diamètre égal à 18 cm environ. Il faudrait, alors dans ce cas, avoir une arrivée d'eau usée sur un caniveau de largeur supérieure de façon à répondre aux conditions du dégrilleur.  

Le dimensionnement du caniveau devrait donc être en adéquation avec le réseau d'eau usée arrivant en tête de station. 

  • Quantité de refus au dégrillage 

​​Il est possible, en fonction du type de dégrilleur employé, de déterminer la quantité de refus obtenue en litre sur une année. 

De façon générale, pour un habitant, ce volume correspond à : 

$$V_{refus}=\frac{\text{8 à 10}}{e}$$

Avec

$e$ espace libre entre les barreaux en cm 

$V_{refus}$ volume de refus en litre par équivalent habitant sur une année

Cette quantité sera alors celle qui sera évacuée de façon à maintenir un bon fonctionnement global. 

Les valeurs suivantes ont été obtenues (en prenant 10 au numérateur de façon à avoir un volume de refus maximal et en considérant les différentes périodes de l'année c'est à dire la variation de population sur l'année) : 

Volume $V$ de refus pour les différentes période de l'année en litre par jour

Type de dégrilleur  Population estivale Population hivernale  Population sédentaire   Population moyenne
Grossier  55 46 16 28
Fin  329 274 96 164

Il faudra alors que les bennes de contenu présentent des volumes adaptés. Les bennes devront être relatives à un volume de refus sur quelques jours de façon à évacuer régulièrement ces déchets. 

  • Dégrilleur en by-pass manuel 

Ce dégrilleur sera employé lorsque la hauteur d'eau en amont de la première grille sera telle que le système de dégrillage est colmaté. Ainsi un orifice surélevé par rapport à l'entrée des eaux usées permettra un écoulement de ces eaux, en by-pass, vers le dégrilleur manuel. 

Dans notre cas, nous avons choisi de dimensionner notre grille manuelle en considérant une première grille automatique totalement obturée et de ce fait un passage de l'eau usée directement au niveau du by-pass. 

De façon à dimensionner le dégrilleur manuel, nous allons considérer le fait que ce dernier est droit, penché de 60 degrés par rapport à l'horizontale et que la grille présente les mêmes caractéristiques que celles du dégrilleur grossier. Toutefois, le coefficient de colmatage est fixé à 0,3 (coefficient dans le cas d'un dégrillage manuel, pouvant aller de 0,1 à 0,3). Le débit maximal est conservé égal à 0,025 m3/s. Le tirant d'eau est mis égal à 0,2 m, comme dans les cas précédents. 

La vitesse est également fixée à 0,45 m/s, vitesse respectant les conditions générales de fonctionnement du dégrilleur.

La surface du dégrilleur manuel peut alors être calculée : 

Surface dégrilleur manuel en m2
Dégrilleur Surface $S$ de grille (m2) Largeur $l$ de grille (cm)
manuel  0,22 94