Binôme 3 : Dimensionnement de la STEP

Dimensionnement de la STEP

 

Notre binôme présente pour objectif, le dimensionnement des ouvrages de traitement de la filière eau pour la future station d'épuration. Comme énoncé précédemment, un procédé à boues activées est choisi. Notre travail nous a conduit à contacter plusieurs organismes de façon à connaître la réalité du terrain notamment en terme de réglementation sur l'azote. 

Concernant le traitement biologique, une étude de la variation de certains paramètres a été menée de façon à étudier leur influence sur le dimensionnement.

Enfin, une recherche bibliographique sur le traitement et la valorisation des boues nous a amené à une réflexion sur les possibles moyens d'emploi de cette matière.  

 

Étapes de traitement

 

Concernant notre procédé, nous nous sommes fixées les différentes étapes à réaliser pour le traitement des eaux usées de nos quatre communes. Ce sont ces étapes qui nous conduiront, par la suite, à notre phase de dimensionnement. 
Pour cela nous avons contacté différents organismes et personnes, spécialisés dans l'eau et son traitement en zone de montagne, de façon à proposer un procédé qui soit d'une part en adéquation avec les conditions particulières de la région étudiée et d'autre part avec les techniques actuelles de traitement.

Suite aux conversations téléphoniques, plusieurs points nous ont été donnés sur le traitement:

- Des tamis rotatifs (tamis de pré-traitement) sont employés de façon à éliminer une très grande partie de la matière organique et éviter de réaliser un traitement primaire basé, par exemple, sur la décantation. D'ailleurs, l'emploi d'un décanteur primaire signifierait la nécessité d'une extraction régulière des boues fraîches récoltées et de ce fait conduirait à une permanence technique. Nous avons choisi de nous reposer sur ce principe en employant un dégrilleur automatique grossier puis fin sans aucun traitement primaire. Pour cette étape, un by-pass de sécurité sera employé en plaçant un dégrilleur manuel. Ce dégrilleur permettra de pallier au colmatage, éventuel, des deux dégrilleurs automatiques. 
- La zone d'étude est une zone sensible à l'eutrophisation c'est à dire que cette zone est susceptible de présenter des concentrations en nitrate, au niveau des points de rejet, supérieures à la réglementation en vigueur. De façon à pallier à cette sensibilité, une étape de dénitrification est obligatoire. Cette étape est alors implantée par la mise en place d'un bassin d'anoxie et également d'une recirculation permettant de renvoyer ce que l'on appelle la "liqueur mixte de boue" c'est à dire les nitrates formés lors de l'étape de nitrification (au sein du bassin aérobie).  

D'ailleurs les différents organismes, présents dans la région, ont évoqué à plusieurs reprises l'emploi d'un réacteur biologique séquentiel. Ce réacteur consiste à réaliser en une seule étape la dénitrification, la nitrification et la clarification des boues. Par souci de connaissance dans le dimensionnement de ce type de procédé, nous avons fixé de façon indépendante les trois étapes de traitement. 

- Les stations d'épuration contactées sont évaluées sur la teneur en azote et en phosphore lorsque les températures sont supérieures à 12°C. Cette condition permet de pallier, entre autre, aux problèmes des basses températures, problèmes impactant grandement sur la qualité épuratoire du fait d'une sensibilité importante de ce paramètre sur l'activité microbienne.  

Toutefois, nous avons choisi de faire une étude approfondie sur le choix de cette température au niveau de notre traitement biologique.  Cette étape est, en effet, indispensable pour notre dimensionnement de filière. 

En résumé, les points de traitement suivant devront être employés et dimensionnés :

  • Dégrilleur grossier/fin et dégrilleur manuel de secours 
  • Dessableur-dégraisseur combinés
  • Traitement des graisses produites en amont
  • Traitement biologique à boues activées avec un bassin anoxie puis aérobie 
  • Dégazeur en sortie de bassin 
  • Clarificateur ou décanteur secondaire 

 

Source : personnelle                                                  Procédé de traitement biologique fixé pour notre étude

 

Informations générales

 

Données entrantes

Comme il a été dit, le dimensionnement de la STEP devra tenir compte de l'évolution de la population sédentaire ainsi que des variations de charge dues à l'affluence touristique. Nous allons dimensionner chaque équipement à partir des conditions critiques relatives à chacun.  Pour toutes les unités autres que le traitement biologique, nous nous baserons sur le débit maximal pouvant être atteint dans la station, c'est à dire durant la période estivale. Concernant les bassins, le cas hivernal sera étudié car, pour ces derniers, le paramètre température constitue un paramètre clé. 

D'après la littérature un habitant produit en moyenne 180 litres d'eau usée par jour, de plus la notion d'équivalent habitant (E.H) nous permet d'estimer la charge polluante contenue dans les 180 litres d'eaux usées. Le tableau ci-dessous présente les valeurs retenues pour définir un équivalent habitant:

Définition de l'équivalent habitant (E.H)
1 E.H 60 g de DBO5
135 g de DCO
9,9 g d'azote (N)
3,5 g de phosphore (P)

D'après ces valeurs, le nombre d'habitants et la quantité d'eau usée produite par un habitant , nous pouvons définir les données d'entrée de la station d'épuration. Ces valeurs correspondent aux valeurs maximales que la STEP pourra rencontrer en période estivale. Ces données sont résumées dans le tableau suivant:

Données entrantes (valeurs maximales)
Paramètres Valeur
Débit (m3/j) 1800
DBO5 (mg/L) 333
DCO (mg/L) 750
Azote (mg/L) 55
Phosphore (mg/L) 19

Les eaux usées contiennent de l'azote, cet azote total Kjeldhal (NTK) est constitué d'un tiers d'azote organique (bactéries, urée...) et de deux tiers d'azote ammoniacal (N-NH4). Au niveau de la pollution à traiter nous aurons donc, environ 37 mg/L d'azote ammoniacal à éliminer. 

Concernant le procédé lui même, nous avons fixé certains paramètres. Tout d'abord, nous avons  imposé les taux de recirculation. Au niveau de la recirculation de la liqueur de boue (recirculation 1) il est courant d'employer un taux de recirculation de 400% par rapport au débit entrant, et pour la recirculation des boues (recirculation 2), un taux de recirculation de 100% est généralement utilisé. Un deuxième paramètre primordial à déterminer et à fixer, est la température de travail, puisque cette dernière influence grandement les qualités épuratoires de la station. Notre étude se porte sur une zone montagnarde dont les températures peuvent être relativement faibles. La température des effluents arrivant en entrée de station peut descendre jusqu'à environ 3°C lorsque les conditions climatiques sont extrêmes. Or nous savons qu'en dessous de 6°C l'activité des bactéries responsables de la nitrification est très limitée, c'est pourquoi nous avons choisi de fixer une température de 10°C à maintenir dans les bassins biologiques. Cette température de 10°C sera appelée température de travail. Une étude sur les conditions de maintien de cette température de travail est réalisée dans la partie "Étude des variations de température".

Données sortantes

Plusieurs textes législatifs définissent les normes auxquelles sont soumises les stations d'épuration. Dans le cas de notre étude, nous nous sommes basées sur, la Directive Européennes n°91/271/CEE du 21 Mai 1991 relative au traitement des eaux résiduaires urbaines et l'Arrêté du 22 Juin 2007 relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées, pour définir les normes de rejets autorisées par la législation. 

La zone d'étude étant une zone sensible à l'eutrophisation, des contraintes de rejets supplémentaires sont à respecter. Lorsqu'une zone est considérée comme zone sensible à l'eutrophisation, les stations d'épurations sont alors tenues de traiter l'azote et le phosphore.

Les tableaux ci-dessous présente les différentes contraintes de rejet à respecter.

Contraintes de rejet

Paramètre Concentration maximale à ne pas dépasser Rendement minimum à atteindre
DBO5 25 mg/L 70-80%
DCO 125 mg/L 75%
MES 35 mg/L 90%
Contraintes de rejet supplémentaires pour les zones sensibles
Rejet en zone sensible à l'eutrophisation Paramètre Charge brute de pollution organique reçue (en kg DBO5/j) Concentration maximale à ne pas dépasser
Azote NGL* ] 600-6000 ]  15 mg/L
> 6000  10 mg/L
Phosphore P ] 600-6000 ]  2 mg/L
> 6000 1 mg/L

*Azote NGL = Norganique (urée...) + Nammoniacal (N_NH4) + Noxydé (NO3-,NO2- )

Dans le cas de notre étude, la charge de pollution brute en DBO5 reçue étant de 720 kg/j (concentration maximale pouvant être atteinte en période estivale pour l'horizon 2030), la concentration maximale à ne pas dépasser, en azote sera de 15 mg/L, et de 2 mg/L en phosphore.