Pr

1
Les Boues Activées
Jean Pierre CANLER
Groupement de Lyon
2
Les procédés à boues activées. 1
Introduction 2 - Rappels et application des
enseignements du principe du traitement
biologique 3 - Système intensif la boue
activée 3.1 le bassin daération volume de
louvrage capacités daération 3.2 le
processus de floculation
3

• 3.3 Le clarificateur
• dimensionnement de louvrage
• la recirculation des boues
• 3.4 la production de boue
• 3.5 les autres ouvrages ou équipements
• - prétraitements
• - décantation primaire
• - zone de contact
• - zone danoxie
• - ouvrage de dégazage
• 3.6 la filière boue

4
1 - Introduction A partir du principe de
traitement biologique, sa mise en application est
ancienne les procédés boues activées datent de
1914 en Grande Bretagne. Schéma général du
procédé de traitement des eaux usées par boues
activées
5

• 2 - Rappels et application des enseignements du
  principe du traitement biologique
• La mise en œuvre du réacteur biologique (ou
  bassin daération)
• Cest un bassin composé de bactéries et est
  alimenté avec des eaux résiduaires le plus
  souvent pré-traitées et aérée de façon
  artificielle. En sortie de cet ouvrage, les eaux
  sont composées dune grande quantité de matière
  organique bactérienne.
• Les principales bases de dimensionnement de cet
  ouvrage
• le temps de séjour hydraulique
• la concentration en bactéries ou en matières en
  suspension (Cm)
• la source doxygène indispensable à lactivité
  bactérienne (bactéries aérobies)
• la qualité de leau recherchée (plus
  particulièrement leau interstitielle). Dans tous
  les cas, le réacteur biologique sera suivi dun
  bassin de sédimentation.

6

• Temps de séjour hydraulique (équivalent à lâge
  de la boue)
• A léquilibre hydraulique (Volume entrant
  Volume sortant)
• Ts hydraulique Volume du bassin / Volume
  entrant
• Lélimination de la matière organique seffectue
  en trois étapes
• - labsorption des matières organiques en
  solution et facilement biodégradables (DCO sol)
• - la capture et ladsorption des matières
  organiques particulaires et colloïdales (70 de
  la DCO)
• Suivi de lhydrolyse puis labsorption.
• Le temps de séjour nécessaire à une bonne
  épuration est déterminé par létape la plus
  lente.

7
Un âge de boue de lordre de 1,5 jours suffit
pour éliminer les matières organiques
dissoutes.Un âge de boue de lordre de 2,5 à 3
jours suffit pour éliminer les matières
organiques colloïdales et particulaires en raison
de la phase dhydrolyse préalable.

• Après 3 jours
• les stocks extra-cellulaires ainsi formés sont
  dégradés et laissent ainsi les boues en bonne
  condition pour ladsorption dautres matières
  organiques.
• Comme lAge de la boue Ts hydraulique et quil
  doit être dau moins 3 à 4 jours, le volume du
  réacteur sera égal à 3 à 4 fois le volume
  collecté journalièrement .

8
Exemple Calculez le volume dun bassin
daération pour une ville de 12 000
habitants. Supposez - rejet par habitant
0,060 kg DBO5/jr 0,150 m3/jr - temps
de séjour hydraulique 4 jours
On trouve - flux hydraulique journalier
12000 x 0,15 1800 m3/jr - volume du bassin
1800 x 4 7200 m3
9
2 - La concentration en matières en suspension
Quantité de biomasse produite journalièrement
Quantité de biomasse évacuées journalièrement A
léquilibre hydraulique Qe x DBO5 x PSB
Qs x Mes Biomasse formée biomasse
évacuée Qe Qs Donc DBO5 x PSB
MES Pour un effluent classique DBO5
300 mg/l , la concentration en MES sera de
0,256 g/l (PSB 0.9 kg de MES / kg de DBO5
éliminée rendement 95 ) Doù une très faible
concentration de biomasse.
10
3 - La quantité doxygène abordée plus loin. 4
- La qualité de leau traitée En sortie du
réacteur biologique, leffluent contient encore
de la matière organique dite - dissoute
valeur faible, résiduel lt à 10 mg/l de DBO5 (soit
une DCO lt à 25 mg/l ), - particulaire composée
de biomasse et de matières solides apportées par
les eaux usées et non dégradées.
11
Exemple Calculez la concentration en DBO5
totale de leffluent de sortie du réacteur
biologique et en sortie du clarificateur Avec une
concentration en DBO5 de leffluent à traiter
300 mg/l Un Ts hydraulique âge de boue 4
jours doù un rendement de 95 sur la DBO5
Totale Une PSB 0,9 kg de MS / kg de DBO5
éliminée On sait quun kg de MES (biomasse) 1,2
kg de DCO 0,5 kg de DBO5
Résultat DBO5 non traitée (sortie réacteur
biologique et sortie clarificateur) 300 mg/l x
95 285 mg/l soit 15 mg/l de DBO5 non
dégradée DBO5 liée à la biomasse formée (sortie
réacteur biologique) 285 mg/l x 0,9 x 0,5 128
mg/l de DBO5 particulaire (biomasse) Soit un
effluent de sortie réacteur bio. 143 mg/l (15
128 mg/l) Doù un rendement du réacteur
biologique de 52,3 (300-143/300 ) Et un
rendement de 95 en sortie clarificateur
(300-15/300)
12
En conclusion, La mise en œuvre dun réacteur
biologique est relativement simple et le procédé
est très fiable. Les contraintes dexploitation
sont limitées. Malgré les avantages,on note les
inconvénients suivants - volume douvrage
important (ts de 4 jours) qui entraîne des
puissances de brassage élevées. - absence de
possibilité de traiter lazote(en dehors de
lassimilation) âge de boue trop court. -
absence de stabilisation de boues.
13
Charge volumique Cv Kg de DBO5/ j et par m3
de réacteur. Notion de temps de séjour
Si un échantillon proportionnel aux débits à une
DBO5 300 mg/l Avec une Cv 0,3 kg de DBO5/m3
de réacteur et par jour Ts 1
jour
DBO5 mg de DBO5/l Cv Kg de DBO5/m3.J Temps séjour En jours
300 0,3 1
600 0,3 2
150 0,3 0,5
14

• Ces inconvénients peuvent être supprimés,
• - séparer la notion de temps de séjour
  hydraulique et âge de boue
• ? Captage des particules et adsorption 70
  de la DBO5 en 15 mn
• DBO5 soluble 1 à 1,5 jours
• le temps de séjour diminué (doù une réduction
  du volume des ouvrages)
• laugmentation de lâge de la boue par
  laugmentation de la quantité de biomasse donc de
  sa concentration. Cette concentration pourra être
  accrue par la recirculation des boues issues de
  louvrage de sédimentation
• ( clarificateur).
• Un tel procédé avec un âge de boue de 20 jours,
  un temps de séjour hydraulique de 1 jour, une
  concentration en MES dans le réacteur de 4 g/l
  est appelé laération prolongée.
• Cm 0,1 Cv 0,3 (DBO5 300 mg/l)

15
Autres relations

• Cv notion de temps de séjour

?
?
16
Dimensionnement Filière eau 1 - les
prétraitements Dégrilleur Dessableur
Déshuileur 2 - le réacteur biologique le
volume du réacteur biologique les capacités
daération 3 - le clarificateur
dimensionnement du clarificateur
recirculation des boues 4 la production de
boues 5 les ouvrages annexes
prétraitements compacts décantation
primaire zone de contact zone
danaérobie zone danoxie ouvrage de
dégazage Filière boue
17

• Le réacteur biologique
• ? le volume dépend
• - de la quantité de boues nécessaire pour traiter
  la pollution donc de la Cm (donc de lâge de la
  culture), et
• de la concentration des boues du réacteur
  (limite hydraulique du clarificateur).
• Meilleur compromis 4 g/l 0,5 (Cm 0,1 et Ts
  1 j )
• ? Quantité de boues deux approches
• méthode des charges massiques
• méthode des âges de boues

18
Méthodes des charges massiques

• on retient une charge massique (AP car PSB
  faible, stabilisation des boues, traitement de
  lazote, qualité de leau élevée)
• 0,1 kg de DBO5 /kg de MVS.jour
• une charge de référence de X kg de DBO5 à
  traiter
• doù charge réf / Cm donne kg de boues

19
Méthode des charges massiques
Exemple Calculez la quantité de boue puis le
volume du bassin du bassin daération dune
station dépuration type  aération prolongée 
pour une ville de 12000 hab.   On suppose 
- rejet par habitant 0.060
kg DBO5/jour -
charge massique 0.1 kg
DBO5/kg MVS.j -
concentration des boues activées 4 kg
MES/m3 et 2.8 kg MVS/m3 (70 car A.P.)
On trouve  - flux massique
journalier 12 000 x 0.060 720 kg de
DBO5/jour   - quantité
de boues dans le bassin 720 / 0.1 7.200 kg
MVS ou 10285 kg MES (720 / 0.07)
- volume du bassin 7.200 / 2.8
2571 m3 (ou 10285/4)
20
Méthode de lâge de boue

• - fonction des objectifs recherchés
  stabilisation,nitrification,
• La stabilisation est fonction de la température
  rapide en pays chaud doù un âge de boue
  plus court (idem pour le taux de croissance de la
  biomasse autotrophe )
• On peut approcher leffet de la température sur
  lâge de boue à partir de la formule suivante
• âge de boue (jours) x température (C) 250.
• A partir de lâge de boue et de la production
  journalière (quantité de pollution et Ps de
  boue), on obtient la quantité de boue.

21
Méthode des âges de boue

• Exemple
• Calculez la quantité de boues dans le bassin
  daération dune station daération prolongée
  pour une ville de 12000 hab. sous deux climats
  différents (15C et 25C). Puis calculez la
  charge massique et le volume du réacteur avec
• flux massique à traiter 720 kg DBO5/jr
• PSB 0,65 kg de MES/ kg de DBO5 appliquée
• MES dans le réacteur biologique 4 g/l
• Taux de MVS des boues 70

22
On trouve 
Température 15C 25C
Age de boue 16,6 jours (250/15) 10 jours (250/25)
Flux massique 720 kg de DBO5/jour (12000 X 0,06)
Production de boue 720 X 0,65 468 kg de MES/jour 720 X 0,65 468 kg de MES/jour
Quantité de boue 468 X 16,6 7769 kg MES 468 X 10 4680 kg MES
Charge massique
Kg de DBO5/kg MES.jr 720/7769 0,09 720/4680 0,15
Kg MVS (70 ) 0,13 0,21
Volume 1942 m3 1170 m3
23
Calcul des besoins en O2

• Calculer la demande journalière en oxygène en
  boue
•  
•   DOMat Org aLe oxydation de la matière
  organique
• Masse de DBO5 éliminée doù flux de DBO5 apporté
  x rendement 95 (AP-fC)
• a fonction du domaine de charge 
• AP-fC 0.65 kg dO2 / kg de DBO5 éliminé
•   DOendogène bSv Auto-oxydation de la boue
• Quantité de biomasse dans le système ( pas de
  boue dans le décanteur)
• b respiration endogène 0.07
• Quantité doxygène nécessaire au métabolisme
  endogène de 1 kg de biomasse 
• AP-fC 0.07 kg dO2 / kg de MVS
• (on a 0,7 kg dO2 /kg de DBO5 éliminée)

Kg DO2/j DOMat Org DOendogène DOnitrif - AOapport dénitrif
24
Calcul des besoins en O2

• DOnitrif Oxydation de lazote nitrifiable
• Il faut 4.2 kg dO2 pour oxyder 1 kg dazote
  ammoniacal 4.2 x N nitrifiable
• Azote ammoniacal disponible à la nitrification
  
• NK entrée - N organique particulaire
  réfractaire (Nopr) piégé
• dans les boues
• - N organique soluble réfractaire (Nosr)
  rejetée
• - N assimilé
• - N rejeté avec leau épuré (N-NH4 rejeté)
•  
• AODénitrif Apport d O2 lié à la
  dénitrification (rétrocession).
• De lordre de 2,85 g dO2 par g dazote
  dénitrifié 2,85 NDN
•  
• Doù une DJO (demande journalière en Oxygène)
•  

DJO DOmo DOendog DOnit AO dénit
25

• Exemple
• Calculez les besoins en oxygène journaliers de la
  station dépuration (Aération prolongée
  Traitement du carbone) (température 15 C)
• Donnée Volume de réacteur 1942 m3
• MES 4 g/l (taux de MVS 70 )
• Flux massique 720 kg de DBO5/jour
• Rendement en DBO5 95

Réponse DO mat.org. 720 x 0,65 x 95 445
kg dO2/jour DO resp/endogène 1942 x 4 x 0,70 x
0,07 380 kg dO2/jour DJO 825 kg dO2/j avec
46 respiration endogène Et 54 oxydation
directe
26
Calcul des besoins en O2
Configuration Bassin unique Bassin avec zone danoxie
Durée daération 14 h 16 à 18 h
DHO (demande horaire en oxygène) DJO/14 DJO/16 ou 18
AH en boue gt DHO
27
Calcul des besoins en O2

• Les performances daération des aérateurs sont
  exprimées dans les conditions standard 
• eau claire, température 20C, pression normale,
  .
• AH (en boues) représente un pourcentage de lAH
  eau claire dépendant du type daérateurs.
• Avec

Coefficient correcteur global AH
Aérateur de surface ou insufflation moyennes bulles 70 AH/0,7
Insufflation fines bulles 50 AH/0,5
28
Calcul des besoins en O2
A.S.B. Moyen
Aérateurs de surface Turbines lentes 1.5
Turbine rapides 1.05
Brosse 1.55
Insufflation dair Moyenne bulles 1.0
Fines bulles 2.5
Fines bulles en chenal avec agitation 2.8
Systèmes déprimogènes Pompe prise dair 0.6
29
Calcul des besoins en O2
(Insufflation)

• Avec 0.21  Pourcentage doxygène dans lair
• 1.425  masse volumique de loxygène (1.42 g
  dO2/ l à 273 K)
• ROm  efficacité des diffuseurs par mètre
  dimmersion en
• On retiendra Rom 4 sans agitation.
• Rom 6 avec agitation.
• Puissance à installer  courbe donnée par les
  fournisseurs.

30
Deux objectifs - O2 nécessaires aux
microorganismes - Puissance a mettre en œuvre
pour éviter le dépôt
Aération
Type Puissance spécifique minimale Profondeur maximale Observations
Turbines 30 W /m3 Petites (4 kW) - H 2,3 m Grosses (25 kW) - H 3,3 m Dispositif anti-giratoire en bassin circulaire peu profond
Brosses 25 W /m3 H 2,2 m déflecteur à laval immédiat de la brosse - déflecteur en périphérie pour optimiser la vitesse du courant
Insufflation (fines bulles) 12 à 15 W /m3 lt 3,5 m Recommandée en régions froides
31

• Temps de fonctionnement des aérateurs selon le
  niveau de traitement recherché
• Élimination du carbone
• Temps de fonctionnement optimal 16 à 18 h/j à
  la charge nominale.
• 80 de la charge arrive en 14 h
• Élimination des composés azotés
• Le temps de fonctionnement ne doit pas dépasser
  14 h /j , et des périodes darrêt maxi de 2
  heures sont nécessaires .
• Tendance actuelle séparation aération / brassage
  (agitateur grande pales) puissance variable selon
  la géométrie des bassins
• - 3 W /m3 minimum pour une forme annulaire
• - 12 à 15 W /m3 pour une forme
  rectangulaire et de grande longueur

32

• Autres recommandations
• Favoriser le mélange effluent / boue cloison
  siphoïde à lentrée du bassin ( on limite le
  risque de court-circuit hydraulique )
• Évacuer la liqueur aérée aussi éloigné de
  lentrée des eaux à traiter et des retours de
  boues.
• Il est recommandé de placer une cloison siphoïde
  à lamont de la lame déversante et de minimiser
  la chute deau (air)
• La conduite de liaison
• - gt à 150 mm de diamètre
• - Vitesse 1 m/s

33
Recommandation des aérateurs Turbine -
Turbine ouverte préférable aux fermées (risque de
colmatage) - Hauteur de revanche de 50 cm, mur
extérieur muni dun acrotère retour incliné ou
horizontal - Démarrage à variation de
fréquence. - Poteau de soutien des passerelles
éloignés de laérateur pour éviter de briser la
gerbe. - Présence dune jupe facteur favorable
aux mousses. Turbine Brosse réglage par
horloge,plots de 10 minutes. Insufflation -
Surpresseur à double vitesse - Isolation
phonique et ventilation du local surpresseur -
Possibilité de contrôle du débit dair colmatage
des rampes - mesures de pression - mesures
de débit dair.
34
3.2 Le processus de floculation
35
Biologie des boues
36
Dynamique des populations bactériennes dans les
boues activées
37
Membrane bactérienne
38
Domaine des boues activées
Schéma simplifié de la réduction de la pollution
par les bactéries en fonction du temps
39
Edifice biologique

• Bactéries
• - croissance floculée
• - croissance dispersée
• - croissance filamenteuse

• Protozoaires
• - flagellés
• - ciliés (70 des proto)
• - actinopodes (amibes)

• Métazoaires
• - rotifères
• - nématodes

40
Flocs et niches écologiques
41
Flocs et niches écologiques

• A liquide interstitiel
• B surface de floc
• C débris organiques, intérieur du floc
• Croissance bactérienne et zooflagellée
  proportionnelle à la pollution
• Croissance bactérienne de surface des flocs
  (flore bactérienne floculée)
• Faune typique des boues activées répartie en
• vorticelle exploitant les bactéries libres, mais
  ancrée dans la masse du floc,
• hypotriche exploitant la surface du floc,
• holotriche exploitant la surface du floc.
• Faune dont la niche écologique est le liquide
  interfloc, tous les représentants sont bons
  nageurs. On distingue
• les bactériophages (indice de pollution),
• les prédateurs de protozoaires (plutôt indice de
  faible pollution).
• Faune détritivore saprophage. Dévore une partie
  de la matière organique inerte, cadavres de
  protozoaires etc
• Elle restitue une masse remaniée chimiquement au
  cours du transit intestinal.

42
Vieillissement relatif des habitants dune boue
activée
? bactéries ? zooflagellés ? ciliés libres ?
ciliés fixés ? rotifères

• Ce schéma fait apparaître clairement que les
  caractéristiques faunistiques dune boue activée
  à un moment précis de son évolution sont
• - lespèce majoritaire de la biocénose
• - la diversité des espèces,présentes et leur
  fréquence relative

43
3.3 Le clarificateur
44
Le dimensionnement de cet ouvrage dépend surtout
de trois facteurs - le débit ( le
débit maximum horaire ) - la
concentration de boue dans le bassin daération
- et laptitude de la boue à
décanter Remarque Les boues activées sont plus
légères et plus volumineuse que les matières en
suspensions dans les eaux brutes,et de ce
fait,elles sédimentent plus lentement.
45
Principe de la décantation

• Boue composée de débris minéraux et végétaux,de
  colloïdes,déléments en suspension et en
  solution,et de micro organismes assurant
  lépuration biologique.
• La décantation correspond à la séparation des
  deux phases eau-boue en deux temps
• Floculation ? sédimentation ? création dune
  interface de
• 
  boue appelée voile de boue

46
Hauteur
Temps
Courbe de décantation
Figure 1 Tronçon A B phase de coalescence
(floculation des particules) Tronçon B C
sédimentation proprement dite la vitesse de
chute des particules est constante Tronçon C D
phase dite  de compression 
47
Principaux facteurs influençant la décantation
? la nature de la boue ( IB ) ? concentration de
la boue ? protocole retenu taille de
léprouvette TC ( viscosité,) pH Mesure
de laptitude de la boue à la décantation
lindice de boue. Définition cest le volume
quoccupe 1 gr de boue après 30 minutes de
décantation statique.
48
On note une relation linéaire avec un VD30 lt à
300 ml doù pour des boues concentrées dilution
49
Résultats Ib lt 100 ml/g les boues sédimentent
facilement et sont bien minéralisées (MVS lt 60
) Ib 100-150 ml/g conditions normales de
fonctionnement Ib gt 200 ml/g problèmes de
mauvaise décantabilité. Ces valeurs sont liées
- soit à une prolifération de bactéries
filamenteuse (eau surnageante limpide) ?
fréquentes pertes de boues, accidentelles ou
chroniques - soit à des phénomènes de
défloculation (eau surnageante trouble) dus à des
variations physico-chimiques de la boue.
50
Utilisation de lIB Pour lévaluation et le
dimensionnement des performances des décanteurs
secondaires. Pour la gestion des boues si lIb
est stable. Si lindice est stable -
élaboration dune courbe détalonnage - tests
de décantation en éprouvette à différentes
concentrations (100 lt VD 30lt250 ml) - traçage de
la courbe détalonnage de la boue (calcul de
lIb). - vérification de la stabilité de lIb -
détermination de lintervalle de concentration
correspondant à un fonctionnement correcte de
linstallation . La courbe permet de calculer
immédiatement la concentration en boue à partir
du VD30 obtenu (en tenant compte du facteur de
dilution retenu pour ce test).
51
Exemple Ib 150 ml/g (valeur stable) VD30
220 ml après dilution au 5ème C 5 x
(220/150) 7,3 g/l Possibilité de déterminer
facilement lextraction de boue et de contrôler
si la masse extraite a été correcte.
52

• Lobservation microscopique
• - permet dapprécier la structure particulaire du
  floc (forme, grosseur, distribution)
• - permet de rechercher les protozoaires,
  métazoaires prédateurs des bactéries
• - observations des filaments
• - les associations entre les différentes espèces
  dune boue révèlent le fonctionnement du
  traitement biologique

53

• Les décanteurs secondaires
• Rôle
• Séparer le floc formé dans le bassin daération
  de leau traitée
• MES à lentrée du décanteur plusieurs g/l
  ? Rendement de lordre de
  99
• MES à la sortie quelques dizaines de mg /l ?
• 3 fonctions
• - retenir le maximum de particules en suspension
• - concentrer les boues avant leur réintroduction
  dans le bassin daération MES
• - stocker la boue provisoirement lors dune
  surcharge hydraulique temporaire et prévisible

54
Conditions dun bon fonctionnement - respect
des règles de conception - gestion rationnelle
de la production de boue (donc de la
concentration) - maîtrise de la décantation des
boues Définition de la vitesse ascensionnelle
Appelée également vitesse de hazen ou charge
hydraulique superficielle débit de pointe à
traiter (m3/h) surface du décanteur
(m2). Elle sexprime en m3/m2.h Indépendante de
la hauteur de louvrage
55
(No Transcript)
56
t1 lt t2

• vs vitesse de chute dune particule vL
  vitesse horizontale du liquide
• t1 lt t2
• Vs gt appelé charge hydraulique superficielle
• m3/m2.h ou vitesse ascensionnelle

57

• Surface à prendre en compte
• Décanteurs à flux vertical et horizontalsurface
  au miroir section du plan deau superficielle
  du clarificateur (déduction faite du clifford
  pour le décanteur à flux vertical)
• Décanteurs lamellaires surface au miroir ou
  surface totale projetée
• (STP n-1 S cos?)

58
Présentation des différents types de décanteurs

• Ouvrages à flux vertical et à flux horizontal
• Comportement de la boue activée
• Décanteur secondaire

Cas dun décanteur à flux horizontal
Cas dun décanteur à flux vertical
59
(No Transcript)
60

• Description
• - Le bassin
• Volume temps de rétention de leau en
  clarification
• Partie supérieure de louvrage équipé dune lame
  déversante et dune cloison siphoïde collecte
  des eaux clarifiées
• - Cheminée dalimentation ou  clifford 
• Dissipation de lénergie hydraulique
• Répartition régulière et homogène de la boue
• - Équipement de reprise des boues
• Renvoi des boues épaissies dans le bassin
  daération

61
- Mécanisme de raclage Pas toujours présent Fixé
à un pont mobil Racleur ramène les boues vers
le puit de recirculation Caractéristiques du
décanteur à flux vertical Ouvrages cylindriques,
cylindro-coniques ou tronconiques à alimentation
centrale ( clifford) Prescription pour les
boues activées ouvrages cylindrique munis de
racleur de fond Petits diamètres 20 à 25 m,
rapport rayon / profondeur lt 5 Extrémité libre du
clifford située entre la moitié et le tiers
inférieur de la profondeur ? rôle filtrant du
lit de boue
62
- décanteur cylindro-conique Pour les
installations lt 2000 éq.hab Absence
dappareillages mécaniques (fond conique pente
de radier importante) Recirculation pompage en
fond pompe adjacente Avantage grand
développement du déversoir de reprise de leau
décantée (faible risque dentraînement des
boues) Inconvénients - exige une grande
profondeur (pente importante) - réservé aux
petites collectivités (? terrassement) -
décanteur conique Mêmes remarques que
précédemment Volume et profondeur inférieurs au
cylindro-conique à surface égale
63
- décanteur cylindrique Implanté pour les
surfaces importantes Décanteur raclé à fond plat
(raclage par commande centrale ou
périphérique) Avantages Très bon développement
de la lame déversante Boues bien
épaissies Dispositif décumage facile à
installer Inconvénients Long séjour des boues
sur le radier ? risques de dénitrification et de
fermentation des boues très organiques (fortes
charges). Ces phénomènes sont évités par la mise
en place dun bras racleur succeur.
64
Caractéristiques du décanteur à flux
horizontal Introduction de la boue à lune des
extrémités ? favorise la composante horizontale
du flux à lentrée du décanteur temps T1
(atteinte du fond ) lt T2 ( temps de parcours
entrée sortie )
Ouvrages parallélépipédiques Ouvrages circulaires à fort diamètre (25 à 30 m)
Rapport longueur / profondeur lt10/1 Optimum longueur de 30 à 40 m profondeur gt 3,50 m Rapport r / h gt 5
65

• Décanteur longitudinal
• Utilisés pour les grosses collectivités
• Raclage
• - système de va et vient
• - système de chaîne sans fin
• Inconvénientsforte hauteur de la lame déversante
  
• (vitesse élevée entraînement des particules)

66
Décanteur lamellaire
67
2) Décanteur lamellaires

• Principales parties de louvrage
• - zone dadmission de la liqueur aérée dans
  louvrage
• - zone dintroduction dans la trémie
• - fosse à boue
• - bloc lamellaire (nature du matériau, angle
  dinclinaison et écartement des plaques)
• - dispositif de collecte des eaux clarifiées

68

• Avantages
• Modules lamellaires inclinés ? augmentation de la
  surface de décantation (STP) pour une plus faible
  emprise au sol.
• Permet de traiter des débits plus importants pour
  une même emprise au sol.
• Ouvrages plus compact pour un même débit à
  traiter Gain de place variable selon la capacité
  de linstallation (surface de la Zone
  dintroduction très pénalisante pour les petits
  ouvrages)
• ? Gain moyen maxi 4,8 pour 50000 eq.hab et un
  Vc de 200 ml/l (1,8 pour 1000 eq.hab)

69
Définition de la vitesse ascensionnelle limite
des ouvrages
Elle dépend de la qualité de la boue (IB) et de
sa concentration On parlera de volume corrigé
IB x MES Avec la relation suivante
70
Charge hydraulique superficielle limite
admissible dans un décanteur secondaire
71

• - Cas des décanteurs à flux vertical et à flux
  horizontal
• décanteurs à flux vertical gain de 30 sur la
  vitesse limite par rapport aux décanteurs à flux
  horizontal
• Va limite Q pointe / surface au miroir
• Cas des décanteurs lamellaires
• Va limite Q pointe / Surface au miroir ou STP

72

• Si pertes de boue observées lorsque le point
  (Vc, Va) se trouve dans la zone inférieur de la
  courbe
• - problèmes defficacité de la recirculation
  (débit insuffisant)
• - problèmes de conception (immersion trop
  importante du clifford)
• - problèmes de foisonnement
• concentration en MES dans le bassin daération
  trop forte
• Si pertes de boue observées lorsque le point
  (Vc, Va) se trouve dans la zone supérieure de la
  courbe
• - Problème de surcharge hydraulique dû à
• - un débit moyen de relevage trop important,
• - un mauvais calage des poires de contact
• - une diminution de la hauteur de relèvement
• - un dysfonctionnement du déversoir dorage sur
  réseau unitaire

73
Dimensionnement La surface du décanteur est
calculée à partir de la charge hydraulique
superficielle limite en tenant compte de la
profondeur nécessaire de louvrage. La profondeur
intervient uniquement sur lépaississement et le
stockage des boues.
74
Démarche

• Données de base
• MES maximale de boues activées
• Indice de boue
• Débit de pointe

75
Détermination de la surface du clarificateur

• Calcul du volume corrigé
• Détermination de la vitesse ascensionnelle limite
  à partir de la courbe
• Calcul de la surface du décanteur

76
Station 1000 éq.hab. Q pointe Q pompe relèvement 20 m3/h Station 1000 éq.hab. Q pointe Q pompe relèvement 20 m3/h Station 1000 éq.hab. Q pointe Q pompe relèvement 20 m3/h Station 1000 éq.hab. Q pointe Q pompe relèvement 20 m3/h
CB (g/l) IB (ml/g) Va (m3.m2.h) Débit admissible en entrée station
Situation 1 Situation 2 Situation 3 5 8 5 150 150 200 0,6 0,3 0,4 20 m3/h 10 m3/h 13 m3/h
77

• Remarque
• Augmentation de la concentration dans le bassin
  daération
• de 3 g/l ? diminution du débit admissible de 50
  
• Augmentation de 30 de lIndice de boue ?
  diminution du débit admissible de 50

78
Choix de la vitesse ascensionnelle limite

• Cas des décanteurs à flux vertical vitesse
  limite 2.56 e-1,93.10 3.Vc

Effluent /type de boues activées Vol. corrigé Ib de réf. (ml/g) MES Bassin aération (g/l) Foisonnement Sécuri. Supplé-ment. Vit.asc. préconisée en m/h (STP)
Domestique / AP 700 200 4.5 / 3.5 Très fréquent 25 des cas - 0.6
Urbain / MC 375 120 à 150 3.5 / 2.5 Possible - 1.25
Laiterie / AP 1250 250 6 / 5 Périodique 0.25
Abattoir / AP 900 150 à 180 6 / 5 Peu prononcé pour exploitat. correcte 0.35
Charges hydrauliques nominales rapidement
dépassées
79

• Cas des décanteurs lamellaires
• Vit. Hazen limite 1.2512 e-0.0031 Vc

Type de boues activées Ib (ml/g) MES (g/l) Vc (ml/l) Vit. Hazen limite en m/h (STP)
Cas le plus fréquent ? AP faible charge 150 4 600 0.19
Moyenne charge 120 3 300 0.41
Forte charge 100 2 200 0.67
Rq AP faible charge MES 4 g/l maxi afin
déviter les carences nutritionnelles
80

• Autres points importants
• Importance de la profondeur des décanteurs

Différentes hauteurs Déc. à flux vertical et horizontal Déc. lamellaires
1) Distance haut des plaques / lame de surverse / 0.50 m
2) Zone eau clarifiée 0.50 m 0.20 m
3) Zone de décantation 0.8 à 1.0 m Vol. occupé par les plaques moins zone deau clarifiée
4) Zone de répartition de la liqueur aérée / 0.15 à 0.20 m
5) Zone dépaississement (CBA x I) / 1000 (MES x Ib) / 1000
6) Zone de stockage (pointes hydrauliques) et de reprise des boues (?C.VBA.I) / X.S réseaux unitaires uniquement Valeur faible
X 1000 ou 500 pour un facteur dépaississement
de 2
81
Hauteur en eau totale à la périphérie pour les
décanteurs raclés à flux vertical

• Pas inférieur à 2 m en réseau séparatif
• 2.5 m en réseau unitaire
• Surprofondeur facteur sécurisant sur le plan
  hydraulique
• (risque temps de séjour de
  la boue)
• Profondeur minimal des décanteurs à flux
  horizontal
• 3.5 m (pour une longueur optimale de 30 à 40 m)

82
Autres relations

• Facteur dépaississement (f)
• Il est fonction - de la qualité de la boue
• - de la recirculation
• - de la profondeur du bassin
• f (Cr/Ce) rapport de la concentration des
  boues recirculées sur la concentration de la
  liqueur à lentrée du décanteur

83

• Taux de recirculation (t)
• Rapport du débit recirculé sur le débit à
  lentrée du décanteur (Qr/Qe)
• Taux de recirculation le plus courant 100 à 150
  (pour un fonctionnement correct de
  linstallation)
• Recirculation
• trop forte ? décantation imparfaite,
• entraînement de fines,
• turbulences dans le décanteur
• trop faible ? dénitrification
• ou fermentation dans le décanteur

84

• Équilibre hydraulique
• Etat correspondant à un niveau relativement
  stable du voile de boue dans le clarificateur
• Il est vérifier par la relation exprimant la
  conservation des flux de matière transitant dans
  le système
• (Qe Qr)Ce QrCr QeCs soit f 1 1/t (avec
  QeCs ? 0)
• 100 de recirculation Qr Qe ? Cr 2 Ce
  soit f 2
• 150 de recirculation Qr 3/2 Qe ? Cr 1.66
  Ce soit f 1.66

85

• Détermination de la concentration des boues de
  recirculation (Cr) en fonction de lIb
• Permet de connaître la masse de matière
  transitant du décanteur vers le bassin daération
• Permet dapprécier la capacité du décanteur à
  épaissir les boues
• Test de décantation sur les boues recirculées
• Cr 1000 / I avec I Vd 30 / MES boues
  recirculées
• Ib lt 100 ml/g ? Cr gt 10 g/l (maxi)
• 100 lt Ib lt 200 ? 5 lt Cr lt 10 g/l
• Ib gt 200 ? Cr lt 5 g/l

86

• Temps de séjour dans les décanteurs
• Lié à la charge hydraulique superficielle limite
• ? Pour 1 m3/m2.h temps de séjour ? 2 heures (30
  minutes en décantation lamellaire)
• Fonction du taux de recirculation. Compromis
  entre la nécessité dun épaississement suffisant
  et le maintien en activité de la boue avant son
  retour dans le bassin daération

87
Recommandations techniques supplémentaires

• Equipement et génie civil
• Qualité du revêtement intérieur
• Rugosités ? rétention de paquets de boues
  évoluant
• vers lanaérobiose, ce qui entraîne leur
  remontée
• Pente gt 45, 50 pour les décanteurs coniques

88

• Bassin de dégazage
• S 1 à 2 m2 On retient en général
• ? 1 m2 pour 80 m3/h (à partir du débit de pointe
  deaux usées augmenté du débit de recirculation)
  et par tranche de 2000 éq.hab.
• ? ou 2.5 m2 par tranche de 5000 éq.hab.
• Première dissipation de lénergie hydraulique
  entre le bassin daération et le décanteur
• Évite lengorgement de la conduite dalimentation
  du décanteur par lair qui provoque indirectement
  des à-coups hydrauliques (bouchons dair )
• En cas de dénitrification dans le bassin
  daération, piégeage plus ou moins important des
  mousses formées par les bulles de gaz et le floc
  entraîné

89
Dispositif dalimentation du décanteur ou clifford

• Fonction répartir uniformément le flux de liqueur
  aérée et dissiper au maximum lénergie produite
  lors du transfert boue activée-décanteur
• Surface de lordre de 1 m2 par tranche de 1000
  éq.hab.
• Vitesse maximale de passage lt 2.5 cm/s
  (recirculation incluse)
• Base du clifford horizontale afin de réduire
  les turbulences (voile de boue plus agité sur un
  rayon de 1 à 1.5 m autour du clifford
• Immersion
• Déc. coniques entre la moitié et le tiers
  inférieur de la profondeur
• Déc. cylindriques ne pas descendre en dessous
  de la moitié de la hauteur
• Dans tous les cas orifice inférieur du
  clifford pas à moins dun mètre du fond du
  décanteur
• Minimum de 1 m libre entre le débouché des
  boues et la reprise de la recirculation (sans
  tenir compte dun éventuel puits à boues)

90
Dispositif de raclage

• Racleur de fond et récupération des flottants
  (mise en place dune large trémie)
• Destination des flottants éviter les retours en
  tête de station
• Immobilisation possible du racleur dans les pays
  froids (gel)
• Existence de système à commande centrale
  permettant déviter ces phénomènes
• Problème équipement lourd et onéreux
• Rotation complète en ¼ heures (turbulences au
  fond de louvrage évitées)

91
Lame déversante et goulotte de récupération

• Goulotte extérieur de préférence (protection par
  lame siphoïde
• Auto-nettoyage de la goulotte (balai sur le pont
  racleur)
• Vitesse dapproche sur la lame déversante ? 10
  cm/s
• Cas des décanteurs à flux horizontal la
  goulotte doit se situer quelques mètres à laval
  (écoulement des boues le long des parois) Ne
  pas dépasser 10 m3 par mètre linéaire de surverse

92
Origines possible du dysfonctionnement

• Interprétation du test en éprouvette
• Problèmes de densité
• Problèmes de floculation
• Problèmes de compaction
• Inadaptation des organes de relèvement
• Gestion non rationnelle de la masse de boue
• Sous dimensionnement conception défectueuse du
  décanteur secondaire
• Prolifération de bactéries filamenteuses
• Taux de recirculation de la boue trop faible
• Anoxie - dénitrification

93

•  Si pertes de boue 
•  A Au dessus de la courbe ? dépassement de la
  vitesse ascensionnelle limite
• MES et IB
•  

Matières en suspension  Indice de boue
? Mauvaise gestion de la masse de boue   Conséquences  Cm O2 ? fermentation, soufre réduit   Ø Aspects qualitatifs composition et léquilibre Ø Aspects quantitatifs  faible Cm Ø Aération et période darrêt (lt à 2 h) Ø Brassage Ø Flottants  facteurs mécaniques  dénivellé BA / clarificateur jupes autour des turbines (démonter ou à raccourcir) Ø Mauvaise gestion de la filière boue (S réduit)
94

• B En dessous de la courbe ? problèmes de
  conception et de réglages   

Problèmes de conception  Problèmes de réglage
Ø Hydraulique Mauvais dimensionnement des pompes dalimentation (hauteur de relèvement)  Ø Clarificateur Clifford (immersion, vitesse) Horizontalité de louvrage Profondeur (lt à 2 m en périphérie)  Ø Absence de dégazage Dénivelé important entre BA/clarificateur Minimiser les entraînements de gaz en sortie BA  Ø Génie civil Rugosité des parois Ø  dénitrification Ø  petits ouvrages  recirculation syncopée
95
5 - L'influence de la charge organique spécifique
sur la production spécifique de boues

• La production spécifique de boues (PSB), mesurée
  comme matières sèches (MS) ou MES, est à
  strictement parler, exprimée comme suit
•   PSB kg MS produites ou de MES/kg DB05
  éliminée
•  Puisque le rendement d'élimination des procédés
  biologiques est normalement supérieur à 90, on
  peut également écrire
•   PSB kg MS produites ou de MES /kg DBO5
  apportée
•  La production des boues est le résultat de deux
  mécanismes distincts
• - la croissance bactérienne,
• - la dégradation des bactéries.(auto-oxydation ou
  respiration endogène) 

96
3.1 La recirculation de boue
97
Recirculation des boues activées

• Triple fonction
• Maintenir une concentration donnée en boue dans
  le bassin daération
• Concentrer la boue au niveau du clarificateur
• Le temps de séjour des boues est plus élevée que
  le temps de séjour de leau
• Le taux de recirculation peut-être établi à
  partir du bilan des matières en condition
  déquilibre

98
QE
QE QR
QE
XBA
XBR
QR
Sortie des boues du clarificateur QR . XBR
Entrée des boues dans le clarificateur (QE
QR) . XBA

Où QE débit dentrée QR débit de
recirculation XBA concentration de boues dans
le bassin daération XBR concentration de boues
dans la recirculation
99
Entrée des boues dans le clarificateur (QE
QR) . XBA
Sortie des boues du clarificateur QR . XBR

QE . XBA QR . XBA QR . XBR
QE . XBA QR . XBR QR . XBA

QE . XBA QR (XBR XBA)
100

• Cela donne QR/QE XBA/(XBR - XBA)
• QR/Q taux de recirculation 100 4/8-4
• 150 ? XBR 6,66
• Facteur dépaississement f 1 1/t
• f 2 ? t 100
• f 1.67 ? t 150
• XBR max 1000/IB
• Meilleur compromis
• 100 sur QPTP f 2
• 150 sur QPTS f 1,67

101
Poste de recirculation

• Situé à proximité du décanteur Dimensionné sur
  le débit de pointe nominal de la station
• Colmatage important mais problème minimisé si
• Les vitesses dans les conduits sont supérieures à
  1 m/s
• Le nombre de coudes est réduit
• Le diamètre des conduites est supérieur à 150 mm
• Dispositif de secours indispensable
• Installation habituelle pompe immergée ou vis
  darchimède (imbouchable problème coût élevé

102

• Exemple
• Calculez les volumes des boues à extraire du
  clarificateur et du bassin daération (données
  comme ci-avant)pour maintenir un taux de boue
  constant
• flux massique 720 kg de DBO5 par jour
• PSB 0,65 kg de MS/kg de DBO5 appliquée
• Concentration en MES du BA 4 g/l
• Taux de recirculation 150

103

• On trouve
• Production journalière de boues 468 kg MS/jour
• Concentration boues de recirculation 6,7 kg/m3
• Volume à extraire Sur le bassin
  daération 117 m3/j
• Sur la conduite de recirculation 69 m3/j

104

• Exemple
• Calculez le débit de recirculation (sur la pointe
  dentrée) pour maintenir les concentrations
  suivantes
• Supposez
• concentration de boues bassin daération 4 kg
  MS/m3
• concentration des boues de recirculation 8 kg
  MS/m3
• Rappel Ville de 12000 Habitants
• Rejet par habitant 0,150 m3/jour

• On trouve
• Taux de recirculation 4/(8-4) 1 (100
  )
• Débit journalier 1800 m3/j
• Débit horaire moyen dentrée 75 m3/h
• Coefficient de pointe 2,05
• débit horaire de pointe 75 x 2,05 153,75 m3/h
• Débit horaire de recirculation 153 m3/h

105
4 La production de boue
106
IV La production de boue

• En boue activée
• La production dépend de

• la quantité de biomasse vivante à partir dun kg
  de DBO5 éliminée (AP 0.6 kg de MVS/kg de DBO5)
• la qualité dauto-oxydation (fraction de matière
  vivante détruite journalièrement (0.06 à 0.05 kg
  de MVS / kg de MVS)
• la quantité de matières minérales apportée par
  leffluent
• la quantité de matières organiques difficilement
  biodégradable (30 de MVS de leffluent entrant)
• pertes de boues.

107
I - Calcul théorique

• L'accroissement quotidien des MES dans le bassin
  d'aération est égal à
•  
• avec
• Le masse de DBO5 éliminée par jour.
• Sv biomasse présente dans le système en
  MVS.
• Smin masse journ. de matières minérales
  apportées par l'effluent à traiter
• 25 à 35 des MES de l'effluent entrant.
• Sdur masse journalière de MO peu
  dégradables dans l'effluent à traiter.
• 25 à 35 des MVS de l'effluent entrant.
• Sf masse de boues éliminées avec
  l'effluent de sortie.

108

• Valeurs
• a quantité de biomasse produite à partir d'1kg
  de DBO5.
• b fraction de biomasse détruite quotidiennement
  par respiration endogène.
•  

a b
Aération prolongée 0.6 0.05
MC / FC 0.55 0.06
109
II Calcul rapide

• Formule simplifiée
• Production de boue k (flux DBO5 flux
  MES)/2
• Remarque réseau unitaire
• DBO5 peut augmenter de 10
• MES peuvent augmenter de 30 à 40

k
Aération prolongée 0.84
Moyenne charge sans stabilisation 1.10
Moyenne charge sans  stabilisation  aérobie 1.03
Moyenne charge avec  stabilisation  anaérobie 0.84
y compris boues primaires
On retient 35 à 40 g de MES/EH soit 0.75 kg
de MES /kg de DBO5 éliminé (AP)
110

• Exemple
• Calculez la production de boue (calcul rapide et
  précis) de notre installation (12 000 habitants)
• Données
• Rendement en DBO5 95 (AP)
• Réacteur biologique 4 g de MES/l (70 MVS)
• Volume de réacteur 1942 m3
• eaux de sortie MES 10 mg/l
• Rejet / habitant 60 g DBO5/jr
• 150 l/jr
• 50 g MES/jr

111

• Réponse
• Calcul rapide flux de DBO5 60 g x 12000 720
  kg de DBO5/j
• flux de MES 50 g x 12000 600 kg de MES/j
• Doù production de boue journalière
• 720 600
• 0,84 (---------------) 554 kg de MVS
• 2

Calcul précis S aLe - bSv S min S dur
Sf aLe 0,6 x 720 x 95 410,4 bSv
0,05 x 1942 x 70 68 S min 50 g x 12000
x 30 180 S dur 50 g x 12000 x 80 x 30
144 Sf 12000 x 150 x 10
18 Production journalière de boue 410,4 68
180 144 18 648 kg
112
5 Les ouvrages annexes
113
Prétraitements compacts

• Fonction
• évite les ouvrages suivants
• ? dégrilleur
• ? dessableur
• ? deshuileur

114
Décantation primaire

• Piégé une partie de la pollution par sédimentation

115
Zone danaérobie

• Déphosphotation biologique

116
Zone de contact

• Objectif éviter le développement de certaines
  bactéries filamenteuses

Cas 1 Zone de contact séparée du bassin
daération
Légende BA bassin daération DI décanteur
primaire QE eau usée à traiter
(prétraitée) DII décanteur secondaire QB
débit de boue recirculée dans la zone de
contact zc zone de contact QB1 débit de
recirculation vers le bassin daération Za zone
danoxie
117
Cas 2 Zone de contact intégrée au bassin
daération
Légende BA bassin daération DI décanteur
primaire QE eau usée à traiter
(prétraitée) DII décanteur secondaire QB
débit de boue recirculée dans la zone de
contact zc zone de contact QB1 débit de
recirculation vers le bassin daération Za zone
danoxie
118
Cas 3 Zone de contact dans une filière
comprenant une décantation primaire
OE
Légende BA bassin daération DI décanteur
primaire QE eau usée à traiter
(prétraitée) DII décanteur secondaire QB
débit de boue recirculée dans la zone de
contact zc zone de contact QB1 débit de
recirculation vers le bassin daération Za zone
danoxie
119
Zone danoxie

• Objectif élimination de lazote

120
Ouvrages de dégazage

• Fonction évite les turbulences à lentrée
• du clarificateur

121
Zone danoxie
Cas 3 Zone de contact dans une filière
éliminant lazote
122

• Résultats
•  
• a Le 0,6 x 1176 kg de DBO5 élim. (temps
  sec) 705,6 kg de MES /jour.
• Sv 4615 m3 (Vol uniquement du BA ) x 4 g/l
  x 65 11 999 kg de MVS.
• d'où b Sv 0,05 x 11999 kg de MVS 600 kg de
  MES /jour.
• Smin 30 des MES
• 1600 kg de MES x 30 480 kg de MES /jour.
• Sdur 30 des MVS de l'effluent
• 1120 kg de MVS x 30 336 kg de MES /jour.
• Sf Concentration des MES de l'effluent de
  sortie
• 20 mg/l
• soit une charge (4000 m3 x 20 mg/L) en MES
  rejetée de 80 kg de MES /jour.
• d'où Production totale de boue 842 kg de MES
  /jour.
• 706 - 600 480 336 - 80 kg
• La production totale de boue par temps de pluie
  est de 1597 kg de MES/j.