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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 : Directrice de recherche - INRAE
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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5. Procédures d’utilisation
5.1 Introduction
L’utilisation de la modélisation en pratique a fait l’objet de nombreux travaux de recherche et de publications associées. Nous nous intéresserons à la démarche consistant à créer un modèle pour un procédé existant, afin de disposer d’un outil de prédiction permettant d’optimiser l’exploitation ou de prévoir l’extension du procédé.
Les procédures proposées pourraient être adaptées afin d’utiliser la modélisation pour le dimensionnement de nouvelles installations.
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Quatre protocoles, issus des groupes de recherche les plus actifs dans le domaine, ont été publiés à . D’autres méthodologies sont proposées au travers de nombreuses études de cas. Un groupe de travail de l’International Water Association (IWA) a été dédié à l’élaboration d’un protocole unifié visant à guider les utilisateurs dans leur projet de modélisation .
Ce chapitre s’inspire largement des réflexions de ce groupe, ainsi que des travaux de thèse réalisés notamment au Cemagref à et .
Les procédures proposées dans la littérature peuvent être synthétisées en cinq étapes principales représentées figure 8. Ce schéma est adapté à des travaux du projet européen HarmoniQuA visant à développer un guide de bonnes pratiques pour divers domaines de modélisation des hydrosystèmes. Chaque étape doit être validée avant le démarrage de l’étape suivante.
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Étape 1 : définition du projet
En fonction des objectifs du projet, le contenu et le déroulement du travail de modélisation sont définis, ainsi que les critères d’évaluation des résultats. Les données requises sont répertoriées, fixant ainsi le budget associé au projet.
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Étape 2 : collecte de données et structure du modèle
L’étape de collecte de données fait référence aux données existantes (relatives aux procédés observés et aux données historiques), ainsi qu’aux données à acquérir afin de caler et valider le modèle. L’évaluation de ces données est essentielle et requiert une analyse à l’aide de critères...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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.
-
(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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Y A Rendement de conversion autotrophe
Y H Rendement de conversion hétérotrophe
f p Fraction inerte de la biomasse
i XB Teneur en azote de la biomasse
i xp Teneur en azote des produits de lyse
µ mH Taux de croissance maximum hétérotrophe (T−1)
K s Constante de demi-saturation pour le substrat (M · L−3)
K O,H Constante de demi-saturation pour l’oxygène (M · L−3)
η g Facteur de réduction anoxique de la croissance
η h Facteur de réduction anoxique de l’hydrolyse
k...
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