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RÉSUMÉ
Les procédés biologiques à biomasse en suspension, du type des boues activées, sont appliqués pour le traitement des eaux usées urbaines ou industrielles. Généralement, ces procédés sont dimensionnés sur la base d’équations de bilans « matières » établis à partir de l’hypothèse d’un régime permanent. Pourtant ces systèmes subissent continuellement des perturbations : variations importantes de charge en polluant, discontinuité de certaines opérations. L’analyse dynamique des procédés biologiques d’épuration est donc incontournable pour appréhender le fonctionnement réel des unités et pour optimiser les paramètres de dimensionnement.
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Mathieu SPÉRANDIO : Maître de conférence - Institut national des Sciences appliquées de Toulouse (INSA)
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Marc HERAN : Maître de conférence - École polytechnique universitaire de Montpellier
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Sylvie GILLOT : Ingénieur de recherche, Docteur - CEMAGREF
INTRODUCTION
Les procédés biologiques à biomasse en suspension, du type des boues activées, sont largement appliqués pour le traitement des eaux usées urbaines ou industrielles.
Généralement, ces procédés sont dimensionnés sur la base d’équations de bilans « matières » établis à partir de l’hypothèse d’un régime permanent.
Pourtant ces systèmes subissent continuellement des perturbations. En particulier, ils sont soumis à des variations importantes de charge en polluant (débit et concentration) à différentes échelles temporelles : journalières, hebdomadaires, annuelles, traduisant les fluctuations de l’activité humaine.
De plus, ces procédés d’épuration sont gérés par des opérations parfois discontinues (aération séquencée, purge de boues, alimentation par bâchée, etc….). Par conséquent, même si des régimes pseudo-stationnaires peuvent être atteints, l’analyse dynamique des procédés biologiques d’épuration est incontournable pour appréhender le fonctionnement réel des unités et pour optimiser les paramètres de dimensionnement : volume et agencement des bassins, gestion de l’aération, extraction des boues, rôle tampon du clarificateur.
Ceci est d’autant plus important que les configurations et les géométries des bassins biologiques se sont profondément diversifiées et complexifiées afin d’intégrer l’élimination des nutriments.
L’objectif de cet article est d’une part de présenter les bases scientifiques de ces outils et, d’autre part, de proposer des méthodologies d’utilisation pour l’ingénieur.
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4. Modélisation des décanteurs secondaires
Les éléments solubles et insolubles suivent des parcours différents (figure 5) : les matières solubles (S) sont caractérisées par le temps de séjour hydraulique alors que les matières particulaires (X) suivent le temps de séjour des solides appelé « âge des boues » (fixé par le taux d’extraction et par l’efficacité de la séparation liquide/solide).
Le clarificateur (décanteur secondaire) permet simultanément de clarifier l’effluent et de concentrer les boues avant la recirculation et l’extraction. Il n’a théoriquement pas d’influence sur les composés solubles mais opère une séparation liquide/solide : les composés particulaires sont retenus et concentrés à la base de l’ouvrage.
Différents degrés de modélisation sont possibles : unidimensionnel ou bidimensionnel, réactif ou pas. Les deux modèles les plus couramment utilisés sont présentés ici : le modèle Point et le modèle à une dimension (1D).
4.1 Modèle Point
Le modèle point représente un décanteur parfait, de volume supposé nul, qui fonctionnerait comme une membrane retenant toutes les matières en suspension. L’effluent est donc exempt de matière en suspension et aucune distinction n’est faite entre les solides en suspension décantables et non-décantables.
Ainsi, pour un taux de recirculation R et d’extraction W (à la base de l’ouvrage), le facteur d’épaississement s’écrit :
Remarque : ce modèle simplifié...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GAUDY (A.F.) - DCO Gets Nod Over BOD test - , Ind. Wat. Eng., pp. 30-34, 1972.
-
(2) - HENZE (M.), GRADY (C.P.L.), GUJER (W.), MARAIS (G.V.R.), MATSUO (T.) - Activated Sludge Model No. 1, Scientific and Technical Report No. 1 - , IAWPRC, London, U.K., 1987.
-
(3) - GUJER (W.), HENZE (M.), MINO (T.), MATSUO (T.), WENTZEL (M.C.), MARAIS (G.V.R.) - The Activated Sludge Model No. 2 : Biological phosphorus Removal - , Wat. Sci. Tech., Vol. 31, No. 2, 1995.
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(4) - GUJER (W.), HENZE (M.), MINO (T.), MATSUO (T.), VAN LOOSDRECHT (M.C.M.) - Activated Sludge Model No. 3 - , Wat. Sci. Tech. Vol. 39, No. 1, pp. 183-193, 1998.
-
(5) - ROUSTAN (M.) - Transferts gaz-liquide dans les procédés de traitement des eaux et des effluents gazeux - , Tec et Doc, 2003.
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(6) - HÉDUIT (A.), CAPELA (S.), GILLOT (S.), ROUSTAN (M.) - Aération...
ANNEXES
1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
HAUT DE PAGE
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YARendement de conversion autotrophe
YHRendement de conversion hétérotrophe
fpFraction inerte de la biomasse
iXBTeneur en azote de la biomasse
ixpTeneur en azote des produits de lyse
µmHTaux de croissance maximum hétérotrophe(T−1)
KsConstante de demi-saturation pour le substrat(M · L−3)
KO,HConstante de demi-saturation pour l’oxygène(M · L−3)
ηgFacteur de réduction anoxique de la croissance
ηhFacteur de réduction anoxique de l’hydrolyse
khTaux...
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