Diapositive 1

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LES JEUDIS DE LAQUAPOLE 26 Octobre 2006
LE CYCLE DU CARBONE DE LAZOTE ET DU PHOSPHORE EN
STATION DEPURATION
CEBEDEAU
L. Vandevenne et P. Henry
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OU COMMENT SONT ELIMINES CES TROIS POLLUANTS
MAJEURS ?
OBJECTIFS DES STEP (1) FILIERE EAU
DCO (carbone) 750 mg/l ? 125 mg/l Ntotal 60
mg/l ? 10 15 mg/l Ptotal 12 mg/l ? 1-2 mg/l
(1) Exemple relatif aux eaux usées urbaines
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CARBONE
(1)
CARBONE ORGANIQUE DCO (mgO2/l) demande
chimique en oxygène
O2 4 H 4e- ? H2O
(1) On exprime la matière organique par son
équivalent oxygène, iDCO, mat.org., ie par la
quantité doxygène nécessaire à son oxydation.
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CARBONE ORGANIQUE Pollution organique (substrat)
DCOinfluent DCOsol.bd DCOMES.bd DCOMES.nbd
DCOsol.nbd
DCObd
DCObd épuration biologique (60 65 dont
30-35 en MES) DCOMES.nbd élimination
physique, boues (30-35 ) DCOsol.nbd effluent
(5-10 ) DCO influent urbain 750 mgO2/l
(1) iDCO,Mat.org. 1,5 2,0 mgO2/l
(1) 180 l/d.hab
5
CARBONE ORGANIQUE Les biomasses épuratrices
Biomasse bactérienne C5H7NO2(P)x iDCO,biomasse.
1,42 mgO2/ mg org.
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CARBONE MINERAL CO2 (HCO3-) iDCO, CO2 0,00
mgO2/mg (donneur de-)
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METABOLISMES DU CARBONE
Biomasse Bhétérotrophe
(1)
Principe
DCObd (1-Y) accepteur de- ? Y.DCObd CO2
H2O
BH
DCObd (1-Y) accepteur de- Y.DCObd
Y stoechiométrie, fixée par lingénieur. Y lt
Ybiol
(1) On néglige ici la production de DCOs, nbd
associée au processus de biodégradation du
carbone.
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Métabolismes du carbone
Accepteur de- Procédé Réaction
doxydo/réduction O2
Aérobie DCObd O2 ? CO2 H2O NO3-
Anoxie DCObd NO3 ? CO2 H2O 1/2 N2
DCObd Anaérobie DCObd ? dco (C2
, C3 )
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Stoechiométrie
Boues biologiques
10
Métabolisme en anoxie (Ybiol) ou dénitrification
C18H19O2N (DCObd) 0,74 NH3 0,174 P 6,3H
7,04 NO3- BH ? 1,74 C5H7NO2P0,1 9,3 CO2
3,51 N2 8,04 H2O
Boues biologiques
1mg N-NO3 2,86 mgO2
11
Métabolisme en anaérobie (Ybiol)
C6H12O6 (DCObd) 0,24 NH3 0,024 P BH ?
0,24 C5H7NO2P0,1 2,4 CH3COOH 0,72 H2O
Boues biologiques
dcobd
Métabolismes du carbone en aérobie, anoxie, et en
anaérobie
Cinétique
Taux de croissance élevé
12
(1)
CYCLE DU CARBONE (Boues activées à faible charge)
O2
DCObd
DCOnbd
DCOs,nbd
DCOMES,nbd
DCOs,nbd
CO2 (HCO3-)
DCObiomasse
Effluent
Boues
Effluent
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à faible charge biologique
(taux de croissance net environ 0,05 d-1). Les
performances épuratrices sont supposées à 100
pour la DCObd et la DCOMES,nbd.
13
(1)
CYCLE DU CARBONE (Déc. Primaire, biol., digesteur)
O2
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à moyenne charge biologique
(taux de croissance net environ 0,01 d-1). Le
rendement de la décantation primaire est de 50
sur la DCOMES et les performances épuratrices
biologiques sont supposées à 100 pour la DCObd
et la DCOMES,nbd.non retenues à la décantation
primaire.
DCObd
DCOnbd
DCOs,nbd
DCOMES,bd
DCOMES,nbd
DCOs,nbd
CO2 (HCO3-)
DCObiomasse
CH4
Effluent
Gaz
Effluent
Boues
14
(1)
CYCLE DU CARBONE (Déc. Primaire, biol.,
incinération)
O2
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à moyenne charge biologique
(taux de croissance net environ 0,01 d-1). Le
rendement de la décantation primaire est de 50
sur la DCOMES et les performances épuratrices
biologiques sont supposées à 100 pour la DCObd
et la DCOMES,nbd.non retenues à la décantation
primaire.
DCObd
DCOnbd
DCOs,nbd
DCOMES,bd
DCOMES,nbd
DCOs,nbd
CO2 (HCO3-)
DCObiomasse
O2
Effluent
Effluent
Boues
15
CYCLE DU CARBONE (Lagunage algo-bactérien)
O2
DCObd
DCOnbd
hn
DCOs,nbd
DCOMES,nbd
DCOs,nbd
CO2 (HCO3-)
DCObiomasse
Effluent
Effluent
Boues
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AZOTE
AZOTE REDUIT
N-organique iN,DCO DCO N-Ammoniacal N-NH4
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CYCLE DE LAZOTE REDUIT (Boues activées à faible
charge)
(1)
O2
iN,DCObdDCObd
iN,DCOnbdDCOnbd
N-NH4
iN,DCOs,nbdDCOs,nbd
(HCO3-)
iN,DCOs,nbdDCOs,nbd
iN,DCOMES,nb DCOMES,nbd
N-NH4
iN,DCObiomasse .DCObiomasse
Effluent
Boues
Effluent
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à faible charge biologique
(taux de croissance net environ 0,05 d-1). Les
performances épuratrices sont supposées à 100
pour la DCObd et la DCOMES,nbd et la
nitrification.
18
CYCLE DE LAZOTE REDUIT (Boues activées à faible
charge)
(1)
O2
N-orgbd
N-orgnbd
N-NH4
N-org s,nbd
(HCO3-)
N-orgs,nbd
N-org ,MESnbd
N-NH4
N-org .biomasse
Effluent
Boues
Effluent
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à faible charge biologique
(taux de croissance net environ 0,05 d-1). Les
performances épuratrices sont supposées à 100
pour la DCObd et la DCOMES,nbd et la
nitrification.
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AZOTE AMMONIACAL METABOLISME DE LAZOTE OU
NITRIFICATION
Biomasse B autotrophe
Principe BA1
BA2 N-NH4 N-NO2
N-NO3
Stoechiométrie (Ybiol)
BA NH4 1,86 O2
0,1 CO2 0,02 C5H7NO2 0,98
NO3- 1,98 H 0,94 H2O
Biotransformation
Boues biologiques
Effluent
Cinétique Taux de croissance faible
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AZOTE NITRIQUE METABOLISME DU CARBONE DENITRIFIC
ATION N-NO3 DCObd ? CO2 N-N2 H2O
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CYCLE DE LAZOTE (Boues activées à faible charge)
(1)
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à faible charge biologique
(taux de croissance net environ 0,05 d-1). Les
performances épuratrices sont supposées à 100
pour la DCObd et la DCOMES,nbd et la
nitrification.
O2
N-orgbd
N-orgnbd
DENITRIFICATION
N-N2
N-NH4
64
N-org . s,nbd
METABOLISME DU CARBONE
(HCO3-)
N-NH4
N-orgs,nbd
N-org .MESnbd
NITRIFICATION
N-org .biomasse
N-NO3
72
8
Effluent
Boues
Effluent
22
PHOSPHORE
P-organique ip,DCO DCO P-phosphates P-PO4
23
CYCLE DU PHOSPHORE (Boues activées à faible
charge)
(1)
O2
P-orgbd
P-orgnbd
P-PO4
100
lt1
P-org s,nbd
(HCO3-)
P-orgs,nbd
P-org .MESnbd
70
P-PO4
P-org .biomasse
0
30
Effluent
Boues
Effluent
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à faible charge biologique
(taux de croissance net environ 0,05 d-1). Les
performances épuratrices sont supposées à 100
pour la DCObd et la DCOMES,nbd.
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Biomasse hétérotrophe déphosphatante (PAO) BPAO
C5H6NO2 (P1,25) iP,DCOPAO 0,24 mg P / mg
.DCOPAO
Principe (1) En anaérobie
BH DCObd dco (C2 , C3) dco
(HPO3)PAO H2O ? (dco)nPAO PO43- H
Réserve de polyphosphates
DCO stockée
Relarguage
En aérobie
(dco)nPAO PO43- O2 3 H CO2
(HPO3)PAO H2O
Assimilation
Passimilé gt Prelargué
(1) Lintervention du glycogène nest pas pris en
compte dans ce schéma simplifié.
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CYCLE DU PHOSPHORE (Boues activées à faible
charge)
(1)
ANAEROBIE et AEROBIE
AEROBIE
100
DCObd
P-orgnbd
P-orgbd P-PO4
CO2 (N-N2)
P-PO4
O2 (N-NO3)
O2 (N-NO3)
(DCO)n
CO2
P-org.biomasse (0,02 DCObiomasse)
dco
P-org-PAO P -pPO4 (0,24 DCOPAO)
P-PO4
P-org .MESnbd
30
Fe3,Al3
P-min.MES
P-PO4
Boues chimiques
Boues biologiques
Boues biologiques
Effluent
30
40
15
15
(1) Bilan établi pour un influent urbain et une
stoechiométrie du métabolisme de la DCObd (Y)
relative à un système à faible charge biologique
(taux de croissance net environ 0,05 d-1). Les
performances épuratrices sont supposées à 100
pour la DCObd et la DCOMES,nbd.
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MISES EN OEUVRE DES CYCLES DU CARBONE ET DES
NUTRIMENTS (N ET P)
STEP BOUES ACTIVEES
Air (O2)
PRINCIPES

INFLUENT
EFFLUENT
DECANTEUR
Brassage
Biomasseen suspension
PURGE (production de boues)
recirculation
27
(No Transcript)
28
Purge S iMES,DCObiomasse. DCObiomasse produite
/d iMES,DCO DCOMES nbd entrantes/d
Q Age de la biomasse (d) Q SR Biomasses
Purge
Q 1 / µnet
µnet f (substrat concerné)

• fixe -Cinétique
• Qualité de leffluent
• Stoechiométrie

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Step BNR
PHOSPHORE
CARBONE
AZOTE
DCO O2 CO2
N-NH4 O2 N-NO3
ndco P-pPO4PAO dcon P-PO4
BAUT
BPAO
BH
ANA
AERO
AERO
N-org O2 N-NH4 (DCO)
(CO2)
BH
dconP-PO4O2 CO2P-pPO4PAO
BPAO
DCO N-NO3 CO2 N-N2
BH
AERO
ANO
DCO n dco
BH
ANA
30
OBJECTIFS
Distribution spatiale des réacteurs
Distribution temporelle des métabolismes
Fourniture de dco sélection des BPAO pour
DCO une seule source de carbone, i.e. l'eau
urbaine O2 combiner les métabolismes
aérobies (gérer le réacteur pour BH
et BAUT)
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Step BNR
Step dite à recirculation  nitrate 
N-NO3
FeCl3
ANA
ANOXIE
AEROBIE
OUT
IN
BOUES
DEPHOSPHATATION BIOLOGIQUE
DENITRIFICATION
DCO NITRIFICATION ASSIMILATION P DEPHOSPHATATION
CHIMIQUE
32
Step dite par alternance de phases (temps)
FeCl3
IN
OUT
ANA
BOUES
DCO NITRIFICATION DENITRIFICATION PAR
ALTERNANCE DE PHASES AEREES ET EN
ANOXIE ASSIMILATION DU PHOSPHORE DEPHOSPHATATION
CHIMIQUE
DEPHOSPHATATION BIOLOGIQUE
33
MODELISATION
DIMENSIONNEMENT GESTION DES METABOLISMES
34
Modèle
Hydrolysis processes
Heterotrophic organisms XH
Phosphorous-accumulating-organisms (PAO) XPAO
Nitrifying organisms (autotrophic organisms) XAUT
Simultaneous precipitation of phosphorous with
ferric hydroxyde Fe(OH)3
35
Heterotrophic organisms XH
36
Nitrifying organisms (autotrophic organisms) XAUT
37
Alternance de phases ( Q 20 d O2 1,5 h
NO3- 2 h)
DCO
DCO
Etude 06/288
38
Anoxie de tête ( Q 20 d VANO/Vtot 0,3)
C100
C200
C300
C400
C500
C600
Etude 06/316
39
Evolution des modèles
Scenarii des métabolismes Echelle
 microscopique 
A E R O
A N A
A N O
Floc bactérien
O2, E(mv)
E(mv)
O2
d
40
RECHERCHES
Cycle de lazote
BA
BH
1 - N-NH4 N-NO2 N-N2
DCO
O2
BA
2 - N-NO2 N-NH4 N-N2
(N-NO3)
Procédé Anamox
(CO2)
REFLEXION
Industrie
N2 N-NH4 N-NO3
Step
N-NH4 N-NO3 N-N2
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LES JEUDIS DE LAQUAPOLE 26 Octobre 2006
MERCI DE VOTRE BONNE ATTENTION
SUPPORT DISPONIBLE SUR LE SITE www.cebedeau.be