Production des boues

1. Production de boue produite par dégradation du carbone et de l'azote

1.1 Quantité de boue produite

La partie Procédé à boues activées nous a permis de déterminer l'âge des boues global et les volumes des bassins anoxie et aérobie, après avoir choisi une concentration X de 4 gMES/L dans les bassins. On en déduit ainsi la  production quotidienne de boue (matières sèches) résultant de la dégradation du carbone et de l'azote.

$$Q_{p}X_{p}=\frac{X(V_{aérobie}+V_{anoxie})}{θ_{bglobal}}=3986,24 kgMES/j$$

Cette quantité correspond à 2790 kgMVS/j.

2.2 Volume de boue produit (matière sèche)

On a choisi de recirculer un débit dans la boucle externe égal au débit à traiter (α=1). En négligeant Qp devant ce débit de recirculation externe, un simple bilan matière donne Xp=2X soit Xp=8 gMES/L. On en déduit le volume de boue produit par jour:

$$Q_{p}=\frac{Q_{p}X_{p}}{X_{p}}=498m^{3}/j$$

2.3 Composition de la boue

​L'azote représente 10% de la biomasse produite (MVSet le phosphore en représente 2%. On obtient alors les concentrations de chacun de ces deux constituants dans les boues (on rappelle que les MVS représentent 70% de MES).

$$[N] = 0,1 * X_{p}*0,7 = 560 mg/L$$

$$[P] = 0,02 * X_{p}*0,7 = 112 mg/L$$

2. Production de boue produite par dégradation du phosphore 

Il est difficile de donner de façon exacte la quantité de boue engendrée par la déphosphatation, mais il est possible d'en donner une estimation en calculant les quantités de précipités métalliques formées​ et en les comparant à la production de boue issue de la dégradation du carbone et de l'azote obtenue précédemment​. On obtient donc la production en sortie du clarificateur, et par un bilan matière on déduit la surproduction de boue en sortie du procédé.  

2.2 Production de FePO4

D'après le tableau des caractéristiques du chlorure ferrique présentées dans la partie Déphosphatation chimique, 1 gramme de phosphore éliminé donne 4,87 grammes de FePO4. Sachant que l'on doit faire précipiter 7,7 kg/j de phosphore, on en déduit une production en sortie du clarificateur de 37,5 kgFePO4/j.

La concentration de FePO4 dans cet effluent en sortie du clarificateur, et donc dans l'effluent de boue en sortie du procédé, est donnée par :

$$[FePO_{4}]= \frac{37,5*1000}{(Q_{m}+Q_{p})}=3,8 mg/L$$

On peut déduire la concentration en P en sachant que l'atome de P représente 20% en masse de la molécule de FePO4.

2.2 Production de Fe(OH)3

Toujours à partir de ce tableau, on sait que la production de 2,7 grammes de FePO4 consomme 1 gramme de fer. On en déduit donc que 13,9 kgFe/j sont utilisés pour la production de FePO4​ et qu'il reste donc 7 kgFe/j qui produiront des précipités d'oxyde de fer.

Comme 1 gramme de fer produit 1,9 gramme de Fe(OH)3, on obtient une production de 13,3 kgFe(OH)3/j.

La concentration de FeOH3 dans cet effluent en sortie du clarificateur, et donc dans l'effluent de boue en sortie du procédé, est donnée par :

$$[FeOH_{3}]= \frac{13,3*1000}{(Q_{m}+Q_{p})}=1,3 mg/L$$

3. Production totale de boue

3.1 Quantité de boue

Finalement, la surproduction de boue produite par dégradation du phosphore ​est de 2,56 kg/j ce qui est négligeable devant la quantité de boue totale produite par dégradation de la pollution carbonnée et azotée (augmentation de 0,06%). On obtient une production totale de boue de 3988,80 kg/j, dont la valorisation sera présentée par les deux autres groupes de travail. 

La très faible quantité de boue produite par déphosphatation est due au fait qu'il y a une faible quantité de phosphore à éliminer (puisque sans la déphosphatation on obtient une concentration de phosphore dans l'effluent en sortie de l'ordre de 2,71 mg/L et que l'on souhaite passer a 1 mg/L)

3.2 Siccité des boues

La densité des boues est de 1 200 kg/m3​, ce qui donne un débit massique total de boue en sortie du procédé de 597 936 kg/j.

On en déduit la siccité des boues (% de matières sèches) en divisant le débit massique de matière sèche de 3989 kgMS/j par le débit massique total de boue de 597 936 kg/j, et on obtient une siccité de 0,7%

3.3 Composition de la boue

Composition de la boue
[P] 112,8 mg/L
[N] 560 mg/L
[Fe] 2 mg/L

La faible concentration de fer dans le procédé ne posera pas de problème dans les étapes de valorisation des boues.


Bibliographie

E.Paul, Cours sur les Procédés de traitement biologique des eaux résiduaires, INSA Toulouse, 2013 Etienne PAUL

Y.Bessière, Cours: Introduction au traitement des eaux : De la production d'eau potable à l'épuration des eaux usées, INSA Toulouse, 2014/2015