Pr

1
CCanler/cours/Coursfinaltraitbio.ppt 
PRINCIPE DU TRAITEMENT BIOLOGIQUE     Jean-
Pierre CANLER   Equipe Traitement des eaux
résiduaires Groupement de Lyon

2
Principe du traitement biologique 1 - L'objectif
Notions - caractérisation dune eau
résiduaire domestique en entrée et
sortie - charges hydrauliques - notion
déquivalent habitant 2 - Différents types de
traitement 3 - Le mécanisme d'élimination 4 -
Données nécessaires au dimensionnement  - les
flux massique et hydraulique
3
5 - Le principal paramètre de dimensionnement 
- la charge organique spécifique (ou la charge
massique) 6 - L'influence de la charge organique
spécifique - sur la production spécifique de
boues - sur la consommation spécifique
d'oxygène - sur la qualité de l'effluent
traité 7 - En conclusion  un résumé des
critères sur le choix de la charge
organique spécifique
4
  1 - L'objectif   Le traitement biologique 
- système plus performant que les traitements
physiques et physico-chimiques des eaux usées, -
rendement d'élimination important et donc une
qualité élevée des effluents traités,   Une eau
usée domestique est composée de  - matières
organiques  caractérisée par la DCO et la DBO5
dissoute et particulaire et plus ou moins
biodégradable - matières minérales  MM MES
- MVS 25 à 35 de matières minérales (jusq
uà 50 lors dépisodes pluvieux)
5

• Composés azotés
• - caractérisés par le NK  azote Kjeldahl
• avec N-NH4 (azote ammoniacal)
• et N organique
• - et autres formes de lazote
• avec les formes oxydées  N-NO2-
• N-NO3-
• Et lazote gazeux N2?
• Composés phosphorés
• avec les formes suivantes 
• - des orthophosphates solubles PO43- (50 )
• - des polyphosphates  tripolyphosphates,
  pyrophosphate
• (ont tendance à shydrolyser en
  orthophosphates)  30 à 40
• - du phosphore non dissous lié à des molécules
  organiques
• ou contenu dans les matières en suspension
  (10 )

6
? Caractérisation dune eau résiduaire
normalement concentrée 
pH 7,8
Conductivité 1100 µS/cm
Température 12 à 20 C
DCO 700 mg/l 750 mg/l
DBO5 300 mg/l
MES 250 mg/l
NK 75 80 mg/l
N-NH4 60 mg/l
PT 20 mg/l
P-PO43- 18 mg/l
S.E.C. 100 mg/l
Germes tests 108 à 109 /l
7
DCO
DCO soluble inerte
Soluble
DCO facilement biodégradable
DCO lentement biodégradable
Particulaire et colloïdale
DCO particulaire inerte
DCO
DCO biodégradable
DCO inerte
Demande Totale en Oxygène dune pollution
organique
DBO ultime
DBO5
DBO à court terme
Comparaison des différentes demandes en oxygène
dune eau résiduaire
8
? Caractérisation dune eau de sortie Loi sur
leau Exigences  DCO lt 125 mg de
O2/l DBO5 lt 25 mg de O2/l MES lt 35 mg
de MES/l Conformité  95 du temps Valeurs
rédhibitoires  50 mg/l de DBO5   Zones classées
sensibles NT lt 15 mg/l ou 10 mg/l (si EH gt
100 000 EH) PT lt 2 mg/l ou 1 mg/l (si EH
gt 100 000 EH) DCOT de sortie DCOinerte
DCObiomasse DCOnon biodégradée Avec 1 g
de MVS 1,5 g de DCO Ou 1 g de MES 1,2 g de
DCOO
9

• Volumes ou charges hydrauliques
• Volume collecté par unité de temps
• Volume journalier
• m3/j
• pour E.R.U (eaux résiduaires urbaines)
• E.C.P (eaux claires parasites)
• E.R.I (eaux résiduaires industrielles)
• Un habitant Variable selon la taille de la
  collectivité,..
• De 100 l à 250 l / E.H

150 l/habitant
10
? Charge polluante Notion déquivalent habitant
Valeurs
guides Notion de flux volume (litres) x
concentration (mg/l)  
Grosses collectivités Petites collectivités En labsence de mesures
Habitant réel Habitant réel
DCO 115 g 80 g 110 120 g
DBO5 50 g 35 g 45 50 g
MES 45 g 36 g 60 g
N 10 g 9 g 12 g
P 3 g 2,5 g 2,5 g
Volume 150 à 200 litres 100 litres 150 litres
Référence administrative  60 g de DBO5
11
 2 - Différents types de traitement  Caractéristiq
ue dune eau usée domestique   
Dissous Colloïdale Particulaire
coagulable décantable
Granulométrie lt à 0.1 µm de 0.1 à 100 µm gt à 100 µm
Proportions 30 30 30
Molécules Acides acétiques Acides aminés Acides gras volatils Protéines Acides humiques Polysaccharides, Graisses Bactéries libres Débris cellulaires Fibres cellulosiques Agrégats lipidiques Macro-protéines
     
12
 Le traitement physique (décantation
simple)  élimination de la presque totalité
des matières décantables, ce qui correspond à
l'élimination d'environ 50  à 65  des
matières en suspension 30 de la DCO 30 de
la DBO5 10 du PT et du NT. Rappel Notion
de Rendement Part éliminée Rendement
en --------------------------
Part appliquée 
13
Le traitement physico-chimique  rendement plus
élevé car il permet l'élimination de presque
toutes les matières en suspension et d'une
fraction des matières présentes en solution
colloïdale. L'importance des doses de réactifs
ajoutée (coagulant) va intervenir sur le degré
dabattement des matières colloïdales.
Cependant, ces deux types de traitement
n'affectent pas les matières présentes en
solution réelle. A lexception du phosphore qui,
dans le traitement physico-chimique, par ajout
dun sel métallique, forme un précipité
décantable. Principaux réactifs utilisés 
Noms du réactifs Formule Noms du précipité Formule
Chlorure ferrique FeCl3 Phosphate ferrique FePO4
Sulfate daluminium Al2(SO4)3 Phosphate daluminium AlPO4
Chlorosulfate ferrique FeSO4Cl Phosphate ferrique FePO4
14
Le traitement physico-chimique (réactifs
chimiques décantation) Élimination de la
presque totalité des M.E.S. Soit 70 à 90 des
MES 60 de la DCO 60 de la
DBO5 et 15 sur le NT et plus de 80
sur le PT
15
Le traitement biologique  Élimination des
matières réductrices dissoutes  matières
organiques et lazote ammoniacal. Dans certains
procédés biologiques bien spécifiques, on peut
éliminer de l'azote  mécanisme de
nitrification  passage de NH4 en NO3-
mécanisme de dénitrification  passage de NO3-
en N2?   du phosphore  mécanisme de
sur-accumulation (3 fois plus)   Le mécanisme
d'élimination des matières dissoutes consiste en
leur conversion en matières particulaires (basé
sur le développement de micro-organismes). Elles
pourront être ensuite séparées par sédimentation
ou filtration.   Pour l'élimination des germes
fécaux d'origine humaine, des traitements
spécifiques devront être appliqués  Chloration,
U.V.
16
Le traitement biologique (réacteur biologique
clarificateur ou décanteur
secondaire) Élimination de la totalité des MES
et de la presque totalité des matières
dissoutes Soit plus de 90 des matières en
suspension 80à 95 de la DCO Plus de 95
de la DBO5 25 (ou 90 ) sur le NT 30
(ou 90 ) sur le PT Notion DBO5 / N /
P 100 / 5 / 1
17
Tableau de synthèse 
MES DCO DBO5 NT PT
Eaux brutes (mg/l) 250 - 300 700 290 70 15
Procédés Rendement délimination en Rendement délimination en Rendement délimination en Rendement délimination en Rendement délimination en Rendement délimination en
Décantation primaire 55 à 65 25-35 25-35 10-15 lt 10
Traitement primaire avec physico-chimique 70-90 50-70 50-70 15-20 gt 80
Traitement secondaire biologique gt 90 80-95 gt 95 25 (90) 30 (90)
avec un traitement biologique spécial
Rendements d'élimination des différents composés
en
 
18
3 - Le mécanisme d'élimination   réalisé par
des micro-organismes aérobies qui sont maintenus
dans des réacteurs biologiques.  On peut
distinguer  - des cultures en suspension dans
un bassin aéré appelé le bassin d'aération.
L'ensemble des micro-organismes est alors appelé
boue activée.   - des cultures fixées sur un
support solide appelées biofilm ou mucilage.
Les principaux systèmes sont les lits bactériens,
les disques biologiques ou encore les lits
immergés (biofiltres).    
19

•  
• Mécanisme délimination  les eaux usées
  transitent d'une façon continue (ou
  semi-continue) dans le réacteur et les
  micro-organismes se nourrissent des matières
  organiques présentes dans les eaux. Elles
  transforment ce substrat après son adsorption et
  absorption
• par conversion, en nouveau matériel cellulaire
  (croissance ou division cellulaire ou
  multiplication),
• par oxydation, en C02 et H20. L'oxydation produit
  l'énergie nécessaire pour la synthèse
•  

CO2 ( 1/3 )
DCO biodégradable Ss
Energie
BIOMASSE X ( 2/3 )
Conversion de la matière organique lors de la
croissance hétérotrophe
20
LIQUIDE
CELLULE
DCO biodégradable Xs
adsorption
Xs adsorbé
Assimilation/ croissance
Substrat particulaire
Hydrolyse
O2 CO2
Ss
XB,H
Substrat soluble
Transformation de la matière organique dans les
procédés dépuration biologiques
21
Hydrolyse
Croissance
DCO dégradable
22
Transformation de la matière organique   I
Métabolisme Catabolisme
Anabolisme
1/3
2/3 production dénergie
synthèse cellules Mo O2 ? CO2 H2O
énergie Mo énergie ? MV H2O Mo C7 H11
NO3   II Minéralisation Auto-oxydation ou
respiration endogène MV O2 ? CO2 NH3
H2O
23
ADSORPTION
ABSORPTION
Eau résiduaire substrat nourricier (C,N,P)
O2
CATABOLISME
ANABOLISME
METABOLISME
2/3 protoplasme reproduction
1/3 énergie
Composition de biomasse
6 7 d azote / MES ou 8 9 dazote /
MVS et 1 2 de P / MVS et 1,5 kg de DCO/kg
de MVS 1,2 kg de DCO/kg de MES
Membrane bactérienne
24

•   Interprétation
• Nécessité doxyder environ un tiers des matières
  organiques pour produire de l'énergie nécessaire
  à la synthèse.
• Deux tiers de la quantité de matières organiques
  présentes dans les eaux usées brutes sont
  transformés en quantité de matières organiques
  sous une autre forme  de nouveaux micro
  organismes (particulaire).
•  
• Le rendement d'élimination du traitement
  biologique serait donc seulement de 33 .
• Doù ce procédé de traitement biologique doit
  être complété par une unité physique permettant
  de séparer de l'eau les matières en suspension
  nouvellement formées.
• Les boues biologiques contiennent encore une
  fraction importante d'eau (97 à 99)  elles
  doivent donc être concentrées par épaississement
  et déshydratation avant leur destination finale.
  On parlera de la filière boue.

25

• 4 - Les paramètres de dimensionnement
•  
•  
• Le dimensionnement de l'unité biologique d'une
  station d'épuration nécessite une bonne
  connaissance des flux 
• flux hydraulique ou charges hydrauliques
  (m3/jour, m3/h.) intervient surtout sur l'unité
  physique de séparation solide/liquide
  (clarificateur ou décanteur secondaire, les
  prétraitements).

26
VOLUME Volume journalier quantité deau
collectée m3 E.R.U E.C.P E.R.I Débits
horaires moyens m3/h E.R.U (sur 24
heures) E.C.P (sur 24 heures) E.R.I (sur la
durée de lactivité) Débits de pointe
Cas des grosses collectivités E.R.U
Détermination du coefficient de pointe
2,5 Cp 1,5 ------------
?Qm l/s Débit de pointe ERU Q moyen E.R.U x
Cp Cas des petites collectivités Cp 3
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29

• flux massique (ou charge organique ou azotée ou
  ) couramment exprimé en termes de kg DBO5/jour,
  kg DCO/jour, kg de MES/jour ou NK/jour.

Concentration du paramètre retenu x volume
journalier
Remarque La concentration est obtenue à partir
dun échantillon confectionné par rapport aux
débits (échantillon proportionnel aux débits).
30
(No Transcript)
31

• La première question 
• Quelle quantité de biomasse (libre ou
  fixée) faut-il développer pour traiter le flux
  massique de matières organiques apportées et
  obtenir une qualité d'effluent donnée ?
•  
• Autres éléments nécessaires au dimensionnement
  sont 
•  
• la production de boues biologiques qui détermine
  le type dunité de traitement des boues, ses
  dimensions et ses coûts de fonctionnement,
• en kg de MES ou MS / jour
•   
• - les besoins en oxygène dont dépendent le
  dimensionnement des équipements d'aération. Ces
  besoins correspondent à la majeure partie de la
  consommation d'énergie sur lunité de traitement
  biologique.
• en kg doxygène /jour et par heure

32

• On se sert de paramètres spécifiques
  indépendants des flux massiques à traiter et donc
  des dimensions des installations. Ainsi on peut
  définir
• la charge organique spécifique (ou charge
  massique Cm) étant la quantité de matière
  organique reçue par unité de temps par une
  quantité de biomasse,
• en kg de DBO5 ou NTK ou DCO/kg de MVS ou MES.jour
•  
• la production spécifique de boues (PSB) étant la
  quantité de boues biologiques produites à partir
  d'une quantité de MO éliminée,
• en kg de MS ou MES ou MVS / kg de DBO5 éliminée
  ou apportée
•  
•  la consommation spécifique d'oxygène étant la
  quantité d'oxygène consommée pour une quantité de
  MO éliminée.
• en kg doxygéne transféré ou injecté / kg de
  DBO5 ou DCO
• ou N-NH4 éliminée ou apportée
• En Nm3 dair injecté / kg de DBO5 ou DCO ou
  N-NH4 éliminée ou apportée

33
5 - La charge organique spécifique ou charge
massique   La charge organique spécifique (ou Cm)
est exprimée comme suit Quantité de
matières organiques / unité de temps Cm
--------------------------------------------------
------------------------   quantité de
biomasse Pour l'unité de temps, le jour est
une échelle tout à fait appropriée dans la mesure
où il n'est pratiquement pas facile d'adapter la
quantité de biomasse aux variations que subit le
flux de matières organiques à une échelle de
temps plus courte.
        .  
34

• Comment estimer la fraction de biomasse vivante ?
• Difficultés destimer la fraction de matière
  vivante (donc active) à l'intérieur des boues
  activées et encore moins du biofilm
• Dans cette suspension ou ce biofilm, on a aussi
  
• - Des micro-organismes morts et
• - Des matières organiques non biodégradées
  issues des eaux usées

35

• On retiendra pour quantifier la biomasse
  vivante, les paramètres suivants qui la
  représentent de façon approximative
• Pour les cultures en suspension, il est
  relativement facile de prendre des échantillons
  représentatifs des boues activées dans le bassin
  d'aération et de déterminer les matières en
  suspension (MES à 105C) et les matières
  volatiles en suspension (MVS à 550C) qui sont
  plus représentatives de la biomasse.
•  
  kg DB05/j
  charge
  massique --------------------------
• 
  kg MES ou MVS
• (Il est à noter que les MES et les MVS, dans
  l'expression pour la charge massique, indiquent
  les matières dans le bassin d'aération et non
  celles dans l'effluent brut également désignées
  par MES et MVS).
• Pour les cultures fixées (comme les biofiltres,
  les lits bactériens,), il est beaucoup plus
  difficile de prélever un échantillon
  représentatif de la biomasse sans perturber le
  système. Il est cependant raisonnable de supposer
  que la quantité de biomasse est proportionnelle
  au volume de l'ouvrage et c'est donc l'unité de
  volume qui a été choisie pour représenter la
  biomasse.

36
L'expression pour la charge organique spécifique
employée pour les cultures fixées devient alors
kg
DBO5/jour charge volumique
-------------------------
m3 de réacteur  On distingue,
par convention, les charges massiques
suivantes  
Désignation conventionnelle Symbole Boues activées kg DBO5/kg MVS.j
Aération Prolongée AP lt à 0.1
faible Charge fC 0.1 0.2
Moyenne Charge MC 0.2 0.5
Forte Charge FC gt à 0.5
Valeurs courantes de charges organiques
spécifiques
 
37
Exemple   Calculez le volume du bassin
d'aération d'une station d'épuration type
"aération prolongée" pour une ville de 12.000
habitants.   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)
38
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)
39
 6 - L'influence spécifique de la charge
organique 6.1 - 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)

40
Les matières organiques des eaux brutes
sont captées puis adsorbées par les boues
activées ou par le "biofilm", hydrolysées et
ensuite elles sont assimilées avec une partie
oxydée grâce à la biomasse hétérotrophe aérobie
en H20 et C02 et lautre partie transformée en
nouveau matériel cellulaire bactérien. La
quantité de matières organiques "produites" au
niveau de la station (2/3) est donc forcément
inférieure à la quantité de matières organiques
qui sont rentrées.   Equation du métabolisme
bactérien   I Métabolisme
Catabolisme
Anabolisme 1/3

2/3 production
dénergie
synthèse cellules Mo O2 ? CO2 H2O
énergie Mo énergie ?
MV H2O Mo C7 H11 NO3   II
Minéralisation Auto-oxydation  
MV O2 ? CO2
NH3 H2O
41
Une fois que les bactéries ont été formées, une
partie d'entre elles mourra. Leur matériel
organique intracellulaire sera libéré après lyse
des cellules. Ces matières organiques seront à
nouveau un substrat pour les bactéries encore
vivantes et donc seront partiellement oxydées et
partiellement transformées en nouvelles bactéries
et ainsi de suite. En conséquence, la part des
matières organiques par oxydations successives
augmente avec le temps et occasionne ainsi une
diminution de biomasse.  
substrat
Cellules nouvelles
CO2 et H2O
Temps de séjour (âge de la population)
Présentation schématique du mécanisme de
production et de stabilisation de boues
42
La production spécifique nette (résultat de la
première formation et de la dégradation
successive) diminue donc avec le temps.  
  Pour une culture en suspension  la durée de
séjour (ou Temps de séjour) des bactéries,
c'est-à-dire l'âge moyen des boues est définie
comme suit et s'exprime généralement en jours
Quantité de boues dans la station (kg
MS ou de MES) Age des boues
--------------------------------------------------
------------------------
Quantité de boues extraites par jour (kg MS ou de
MES /jour)  
43
  Comment cet âge de boues moyen dépend-il de
la charge organique spécifique ? Lorsque la
charge journalière en DB05 d'une station est
faible par rapport à la quantité de boues dans le
bassin d'aération ou par rapport à la quantité de
"biofilm" dans une culture fixée (donc lorsque la
charge organique spécifique est faible), alors la
quantité de boues biologiques produites à partir
de ce faible flux de DB05 sera également faible
par rapport aux quantités de boues activées ou de
biofilm présentes. En conséquence, le rapport
Quantité de boues (biofilm) dans la station Quantité de boues (biofilm) produite par jour ? Ratio élevé
 

Et puisque, dans des conditions d'équilibre, on a
et il faut   quantité de boues produites par
jour ? quantité de boues extraites par
jour doù l'âge des boues est élevé lorsque
la charge organique spécifique est
faible.   Comme, par ailleurs, on avait vu qu'un
âge de boues élevé induit une production
spécifique de boues (Cm) faible, on peut retenir
une charge organique spécifique faible
s'accompagne d'une production spécifique de
boues faible, et inversement.
 
44
Quelques valeurs types  
Charge massique Age de boues Production spécifique de boues
(kg DBO5 / kg MVS.jour) (jours) (kg MS ou MES / kg DBO5 éliminée)
0.10 gt 15 0.7
0.20 0.8
0.50 1.0
1.00 lt 2 1.2
élevée Tend vers 1.33
45

• Démonstration 
•   -  Pour lâge de boue 
•  
• Quantité
  de boues dans la station (kg MS ou de MES)
• Age des boues
• Quantité de boues produites
  par jour (kg MS ou de MES /jour)
•   
• Volume du réacteur x MVS
• Age des boues
• Volume dentrée (Qe) x DBO5 x
  Psb
•   
• On sait que la Cm Volume dentrée (Qe) x
  DBO5 / Volume du réacteur x MVS
•  
• Donc

1 Age de boues Cm x PSB
(attention aux unités)
Relation inverse de la Cm
Sur la base dune production spécifique de 0,7
kg de MES/ kg de DBO5 éliminée ou 0,5 kg
de MVS/ kg de DBO5 éliminée.
46
Ou   Charge massique 0.1 kg de DBO5/kg de
MVS. jour   Pour un réacteur comprenant 1 kg de
MVS, il faudra appliquer 0.1 kg de
DBO5/jour. Et on produira environ 0.7 (PSB 
donnée) x 0.1 0.07 kg de MES ou 0.049 kg
de MVS (70  de MVS).    
Quantité de boues dans la station (kg MS ou de
MES) âge des boues Quantité de
boues produites donc extraites par jour (kg MS ou
de MES/jour)     Doù 1/0.049 20 jours  
47
Pour la production spécifique de boue (PSB )
Lien entre M.org et Bactérie 1 kg de MVS 1,5
kg de DCO
Énergie, CO2 , H2O
1/3
2,4 Kg de DCO
1 Kg de DBO5
Soit 2,4 X 2/3 1,6 kg de DCO utilisée
transformés en biomasse ou 1 X 2/3 0,66
kg de DBO5
Cellules nouvelles
2/3
Équation simplifiée de loxydation de la matière
organique
Formule simplifiée de la matière organique C7
H11 NO3
Mat org O2 Mat vivante
CO2 H2O NH3
1,6 kg de DCO utilisée donne 1,33 kg de MES
(biomasse)
Et le dosage chimique de boue donne 1 kg de
MVS 1,5 kg de DCO 0,6 kg de DBO5 1 kg de
MES 1,2 kg de DCO 0,5 kg de DBO5
48
Dou 1 Kg de MVS 1,5 Kg de DCO 0,6 Kg deDBO5
(DCO / DBO5 2,4 )
(Matière organique )
1 Kg de MES ( 80 de MVS ) 1,2 Kg de DCO 0,5
Kg de DBO5
Donc on a produit 1,6 Kg de DCO ou 0,66 Kg de
DBO5 qui donne
1,07 Kg de MVS dou 1,33 Kg de MES / kg de DBO5
éliminée
Maximum en labsence dauto-oxydation
49
                      L'intérêt d'une faible
Cm est triple  - La production de boues faible,
ce qui limite les coûts de traitement et
d'évacuation, - La teneur en matières organiques
des boues faible (les matières organiques ont
déjà été transformées en C02 et H20 en grande
partie), ce qui fait que les boues sont peu
fermentescibles  moins de nuisances olfactives
lors du stockage, du transport et de
l'utilisation agricole. Les boues sont dites
 stabilisées ,    
Domaine de Charge CM AP fC MC FC
Taux de MVS 65 70 75 gt 80
- et une déshydratation des boues plus
performante  les matières organiques à lentrée
du réacteur sont en partie de caractère colloïdal
et retiennent fortement l'eau. Elles s'opposent
donc à leur déshydratation. Leur dégradation par
hydrolyse et assimilation améliore la
déshydratation.   Remarques  des boues avec une
forte teneur en matières organiques (Cm élevée)
sont intéressantes pour les procédés de digestion
anaérobie avec formation de l'utile gaz méthane.
50
En conclusion, La charge organique spécifique
intervient sur la quantité et la qualité
souhaitées des boues. La Cm dépendent
directement de l'âge des boues qui détermine la
production spécifique des boues. La charge
organique spécifique est donc choisie de façon à
établir l'âge des boues donné
51
6.2 - Sur la consommation spécifique
d'oxygène   La consommation spécifique
d'oxygène    kg 02 consommé/kg DBO5 éliminée ou
kg 02 consommé/kg DB05 apportée (rendement élevé
des procédés biologiques  gt à 90 )   .   La
consommation spécifique d'oxygène est le résultat
de trois mécanismes - loxydation directe des
matières organiques des eaux usées, -
l'oxydation indirecte des matières organiques
bactériennes (respiration endogène) et -
l'oxydation de l'ammonium (installation où la
nitrification est recherchée).
52
  Pour loxydation directe Oxydation pour
permettre la synthèse cellulaire.   L'oxydation
directe est peu dépendante de la charge organique
spécifique et correspond à environ 0,64 kg O2/kg
DB05 éliminée    
20 non biodégradée (inerte,
particulaire adsorbée,.)
2,4 kg de DCO
1 kg de DBO5
? 1/3 oxydation directe


0.64 kg dO2
80 Biodégradable (2,4 x 0,8 1,92)
 Donc 1 kg de DBO5 nécessite 0.64 (1.92 x 1/3)
kg dO2
53
Pour loxydation indirecte  Respiration
endogène   Les matières organiques bactériennes
formées sont par la suite plus ou moins oxydées
en fonction de l'âge moyen des boues.   Donc
oxydation indirecte dépend de la charge
organique spécifique. (âge de la culture)
54
Démonstration  
Oxydation indirecte ou respiration endogène ou
auto- oxydation on sait 1 Kg de MVS 1,5 Kg
doxygène ou 1 Kg de MES
1,2 Kg doxygène (1,5 x 80 ) Donc loxydation
d un kilogramme de MES nécessite 1,2 Kg
doxygène
Cm PSB Quantité de MES auto-oxydées
kg de DBO5/kg MVS.j kg de MES/kg DBO5 éliminée kg de MES
0.1 0.7 0.63 (1.33 0.7)
0.5 1 0.33
1 1.2 0.13 (1.33 1.2)
maxi 1.33 0
Cette auto-oxydation nécessite de loxygène sur
la base 1 kg de MES nécessite 1,2 kg doxygène.
55
On sait 1 kg de MES 1,2 kg de DCO
   
Charge massique kg DBO5/kg MVS.jour Consommation spécifique doxygène indirecte kg O2/kg DBO5
0.10 0.63 x 1.2 0.76
Exprimé aussi en kg dO2/ kg de MVS Pour une Cm
de 0,1 , il faut 10 fois moins doxygène
doù 0,07 kg dO2 / kg de MVS.
56
Loxydation indirecte est - faible pour les
fortes charges organiques spécifique (âge de
boues bref) et, inversement, élevée pour les
procédés à faible charge. Les valeurs
varient de 0.15 kg 02/kg DB05 pour les procédés à
forte charge à 0.8 kg 02/kg DB05 pour les
procédés à faible charge.
Cm Age de boue P spéc. boue Consom.dO2
faible élevé faible importante
forte faible forte faible
57
Pour loxydation de lammonium    Le troisième
terme de la consommation spécifique d'oxygène
correspond à l'oxydation de l'ammonium
(nitrification). La nitrification s'applique
uniquement aux procédés à faible charge organique
spécifique - boues activées, charges
inférieures à 0.25 kg DBO5/kg MES/j - cultures
fixées, faibles charges.    Les explications de
ce phénomène sont différents pour les deux types
de procédés.   La nitrification est réalisée par
des bactéries autotrophes bien spécifiques
(Nitrosomonas et Nitrobacter) qui sont
caractérisées par  - une vitesse de croissance
spécifique relativement lente, et - une forte
sensibilité à la teneur en oxygène.
58
  La vitesse de croissance spécifique ou taux de
croissance (µo) des boues activées est l'inverse
de l'âge de boues, puisque  
kg boues produites/jour µo
--------------------------------- (en jours 1)
kg boues
présentes   et  
kg boues présentes âge de boue
---------------------------------- (en jours)
kg boues
produites/jour   et donc  µo 1/âge de boue  
59
Récapitulatif 
Type de biomasse Autotrophes Hétérotrophes
µo (vitesse de croissance) Faible Élevée
Age de boue Élevé Faible
Cm faible élevée
Donc la vitesse de croissance spécifique
relativement faible des bactéries nitrifiantes
est seulement compatible avec des procédés à
boues activées avec des âges de boues
relativement élevés soit avec de faibles charges
massiques.  
60
Dans les procédés à boues activées  Age de la
culture est le facteur limitant si les âges de
boue sont trop faibles, les bactéries
autotrophes ne pourront pas se développer   Dans
des procédés à cultures fixées  Concentration
en Oxygène est le facteur limitant En effet -
les bactéries nitrifiantes réclament de plus
fortes teneurs en oxygène dans leur environnement
que les bactéries hétérotrophes et, dans les
cultures fixées à forte charge, la vitesse de
consommation de l'oxygène par les bactéries
hétérotrophes est élevée, créant ainsi de faibles
teneurs en oxygène et, par là, un climat
défavorable pour le développement des bactéries
nitrifiantes dans le biofilm. - une compétition
des biomasses (hétérotrophes/ autotrophes)
privilégiant les hétérotrophes.
61
 La quantité d'oxygène nécessaire pour la
nitrification est relativement élevée. On peut
estimer que chaque kg d'azote ammoniacal oxydé en
nitrate demande 4,25 kg O2    NH4 1.86
O2 1.98 HCO3- ? 0.021 C5H7NO2 1.041
H20
0.98 NO3- 1.88
H2CO3   Dans ce bilan  La nitrification dun kg
de N-NH4 nécessite 1.86 x 32 g doxygène/14
soit 4.25 kg dO2    Si l'on admet
qu'environ 0,2 kg d'azote ammoniacal (60 mg de
N-NH4/L) est

oxydé pour chaque kg de DB05 dans les eaux brutes
(300 mg de DBO5/L), on obtient une consommation
spécifique d'oxygène due à la nitrification qui
s'élève à 0.85 kg 02/kg DB05 (4.25/5)
62
SYNTHESE  
Charge massique Age des boues Consommation spécifique doxygène Consommation spécifique doxygène Consommation spécifique doxygène Consommation spécifique doxygène
(kg DBO5/kg MVS.j) (jour) (kg O2/kg DBO5) (kg O2/kg DBO5) (kg O2/kg DBO5) (kg O2/kg DBO5)
Directe Indirecte Nitrification total
0.10 14 0.64 0.76 0.85 2.25 (1.4)
0.20 6 0.64 0.64 0.85 2.13 (1.3)
0.50 2 0.64 0.40 1.04
1.00 0.8 0.64 0.16 0.80
Consommation spécifique d'oxygène en fonction de
la charge massique   sans nitrification (âge
de la culture trop faible).   En conclusion, la
charge organique spécifique (Cm) intervient sur
la consommation spécifique d'oxygène en fixant
- le degré dauto-oxydation des boues qu'elle
permet et - sur les conditions de croissance
des bactéries nitrifiantes.
 
63
6.3 - L'influence de la charge organique
spécifique (Cm) sur la qualité de l'effluent
traité     La qualité de l'effluent de sortie
peut être caractérisée par deux paramètres
distincts  - les matières
dissoutes organiques (dégradables ou inertes),
azotées,
élimination assurée par
lunité biologique. - les matières
en suspension.
élimination assurée
par lunité physique.  Le mécanisme
d'élimination peut être schématisé de la façon
suivante  Les Matières en suspension   les
particules en suspension dans l'eau brute sont
rapidement captées dans les flocs des boues
activées et sur le biofilm, les matières
présentes en suspension colloïdale sont
rapidement adsorbées sur les flocs ou sur le
biofilm et par la suite, après hydrolyse,
transférées dans les cellules,   Pour ces 2
points  Le captage des particules et
l'adsorption des matières colloïdales sont très
rapides et conduisent à l'élimination de 70  de
la DB05 en 15 minutes.  
64
Les matières dissoutes  les matières en
solution véritable sont directement transférées
vers l'intérieur des cellules et ensuite
transformées en réserves intracellulaires ou en
nouveau matériel cellulaire et C02 et H20.   Le
transfert des matières en solution véritable est
plus lent mais toujours suffisamment rapide pour
que, dans les procédés à faible et moyenne
charge, un rendement d'élimination proche de
100  soit atteint. Si tout de même on trouve
dans l'effluent traité un peu de matières
organiques dissoutes, celles-ci seront surtout
constituées de quelques composés difficilement
dégradables issus des eaux brutes et surtout de
composés d'origine bactérienne, des métabolites
produites dans l'unité biologique et, elles
aussi, difficilement dégradables.   En
revanche, dans les systèmes à forte charge avec
des âges de boues et des temps de séjour
hydraulique faibles, quelques matières organiques
dissoutes dégradables issues des eaux usées
brutes pourront être entraînées avec l'effluent
traité, dans la mesure où les réserves
extracellulaires et intracellulaires de matières
organiques ne sont pas suffisamment dégradées
pour rendre les bactéries aptes à une rapide
adsorption de nouvelles matières organiques
dissoutes.
65

•  
• l'unité physique (le clarificateur ou décanteur
  secondaire)
•  
• dépend
• des conditions de fonctionnement du
  clarificateur en termes de charge hydraulique
  superficielle (m3/m2 h.).
• - mais aussi les caractéristiques des matières
  en suspension issues de l'unité biologique en
  termes de décantabilité notion dindice de boue
  (granulométrie, densité).

66
 En conclusion,
Domaine de charge (Cm) AP fC MC FC
Rendement en DBO5 gt à 95 90 85 lt à 80
Rendement en Azote gt 90 gt 90
     
Fonction de la température ( taux de
croissance).
67
 7 - Résumé des critères pour la sélection de la
charge organique spécifique A partir dun flux
massique de matières organiques données (DBO5,
DCO), la valeur retenue pour la charge organique
spécifique (Cm) va déterminer directement les
dimensions des ouvrages et notamment de l'unité
biologique. Une charge organique spécifique
élevée conduit à un volume de réacteur
relativement faible et inversement.   Les
critères de sélection qui doivent pris en compte
lors de la sélection d'une charge organique
spécifique sont   - Les caractéristiques des
boues. Si une production de boues stabilisées peu
fermentescibles est souhaitée, une faible charge
organique spécifique devra être choisie. La
consommation spécifique d'oxygène sera
nécessairement élevée due à l'oxydation avancée
des boues.
68

•  - La nitrification. Si la qualité des eaux
  réceptrices ne permet pas le rejet d'un effluent
  contenant de l'ammonium, une nitrification est
  nécessaire et lon retiendra une charge organique
  spécifique faible (AP/fC) .
•   
• La teneur en matières organiques dans l'effluent
  traité. Si la stabilisation simultanée des boues
  et la nitrification ne sont pas nécessaires, on
  peut retenir des charges organiques spécifiques
  plus élevées. Mais les normes de rejet peuvent
  être difficilement respectées (surtout le respect
  du 95 du temps).
• Ex
• Pour un procédé FC
• DBO5 1/3 de soluble x 80
  dabattement 20 mg/l de DBO5
• MES 10 mg/l soit 5 mg de DBO5
• puisque 1 mg de MES 0.5 mg de DBO5