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ÉTUDE DE L'ASSAINISSEMENT DES
EFFLUENTS D'UNE FILATURE
Alexandre CROSVivien DREYER
Pauline MESSERGeneviève TEPHAINE
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Etude technique
3eme année d’école d’ingénieurs
2009/2010
SpécialitéEau & Environnement
Encadrant entreprise : Jean Denis AZNAR
Encadrant ENSIL : Christophe DAGOT
Remerciements
Tout d'abord, nous remercions Jean Denis AZNAR, PDG de la flature FONTY, pour nous avoir confé cette étude et avoir été très disponible.
Nous remercions également Christophe DAGOT, responsable de la spécialité Eau et Environnement de l'ENSIL, pour son encadrement, ses conseils avisés et sa bonne humeur.
L'ensemble du personnel de la flature FONTY pour leur implication et pour l'intérêt qu'ils ont porté à notre projet.
Enfn, le personnel technique et pédagogique de l'ENSIL, notamment Corinne MAFTAH et David CHAISEMARTIN, pour leur aide précieuse.
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SommaireI. Présentation de l'entreprise...................................................................................................... 7
1) Historique..........................................................................................................................7 2) Activités de la société........................................................................................................7 3) Localisation.......................................................................................................................7 4) Descriptif des activités...................................................................................................... 8
a) Stockage....................................................................................................................... 8 b) Ateliers de filature........................................................................................................ 9 c) Ateliers de teinture......................................................................................................10
5) Bilan des activités: Métabolisme industriel.................................................................... 11
II. Étude bibliographique.......................................................................................................... 121) Un prétraitement envisageable: la Coagulation – Floculation......................................... 12
a) Etapes de l’agrégation................................................................................................ 12 b) Mise en œuvre............................................................................................................ 12 c) Elimination des différents polluants........................................................................... 13 d) Electrocoagulation......................................................................................................14
2) Sequencing batch reactor (SBR):....................................................................................16 3) Traitement des effluents par méthode lagunaire............................................................. 17
a) Les lagunes anaérobies............................................................................................... 17 b) Les lagunes aérobies...................................................................................................17 c) Les lagunes aérées...................................................................................................... 18 d) Les lagunes facultatives............................................................................................. 18 e) Critères de dimensionnement généraux......................................................................19 f) Comparaison des méthodes : lagunes et filtres plantés de roseaux (à écoulement vertical)............................................................................................................................20 h) Avantages et Inconvénients........................................................................................ 21
4) Traitement par rizosphère................................................................................................22 a) Principe de la rhizosphère.......................................................................................... 22 b) Le rôle des micro-organismes.................................................................................... 22 c) Le rôle des roseaux (macrophytes).............................................................................22 c) Les filtres plantés de roseaux à écoulement vertical.................................................. 22 d) Profil granulomètrique............................................................................................... 24 e) Les filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal.............................................. 24 f) Comparaison des deux types de filtres plantés de roseaux......................................... 25 g) Exemple de solutions de traitement des eaux.............................................................26 h) Autres configurations possibles pour un traitement biologique.................................28 i) Rendements épuratoires obtenus avec le système de rhizosphère..............................29 j) Avantages d’un tel traitement......................................................................................29 k) Inconvénients du traitement....................................................................................... 29
III. Analyses des différents effluents.........................................................................................30 1) pH et conductivité........................................................................................................... 30 2) Matières en suspension................................................................................................... 32 3) Demande chimique en oxygène (DCO).......................................................................... 33
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4) Demande biologique en oxygène (DBO5)......................................................................34 5) Fer total........................................................................................................................... 35 6) Chrome............................................................................................................................36 7) Cobalt.............................................................................................................................. 37 8) Azote............................................................................................................................... 38
a) Nitrates....................................................................................................................... 38 b) Nitrites........................................................................................................................39 c) Azote ammoniacal...................................................................................................... 40
9) Phosphates.......................................................................................................................4110) Caractéristiques de l'effluent de sortie........................................................................... 42
IV. Étude et dimensionnement des différentes possibilités d'assainissement...........................43 1) Système d'assainissement actuel..................................................................................... 43 2) Prétraitement physico-chimique: coagulation-floculation.............................................. 44 3) Dimensionnement d'un procédé SBR............................................................................. 46
a) Volume........................................................................................................................46 b) Aération...................................................................................................................... 47 c) Dimensionnement.......................................................................................................48
4) Association lagunage naturel / filtres plantés de roseaux................................................495) Rhizosphère......................................................................................................................51
a) Les contraintes.............................................................................................................51b) Les données de base.................................................................................................... 51c) Dimensionnement des Filtres à écoulement vertical................................................... 52d) Recommandations techniques..................................................................................... 55e) Exploitation................................................................................................................. 55
6) Valorisation énergétique des eaux de teinture.................................................................56
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Liste des figuresFig 1 : Localisation de la filature................................................................................................ 8Fig 2 : Vue d'ensemble de la filature...........................................................................................9Fig 3 : Stockage des balles de laine............................................................................................ 9Fig 4 : Stockage de la laine....................................................................................................... 10Fig 5 : Machine de l'atelier........................................................................................................10Fig 6 : Atelier de teinture...........................................................................................................11Fig 7 : Laine dans un bac de lavage.......................................................................................... 11Fig 8 : Métabolisme industriel de la filature............................................................................. 12Fig 9 : Concentrations résiduelles des différents métaux lourds en fonction du taux de traitement appliqué en coagulant.............................................................................................. 15Fig 10 : Concentration su chrome en fonction du taux de traitement appliqué en coagulant...16Fig 11 : Schéma des différentes étapes de fonctionnement du SBR......................................... 19Fig 12 : Schéma de principe d'une lagune.................................................................................21Fig 13 : Schéma d'un filtre vertical........................................................................................... 26Fig 14 : Composition des différents étages............................................................................... 26Fig 15 : Schéma d'un filtre horizontal.......................................................................................27Fig 16 : Vue d'ensemble d'un exemple de traitement par filtres plantés de roseaux.................29Fig 17 : Configurations possibles pour le traitement des effluents...........................................31Fig 18 : pH des différents échantillons..................................................................................... 33Fig 19 : Conductivité des différents échantillons......................................................................34Fig 20 : MES (g/L) des différents échantillons.........................................................................35Fig 21 : DCO (mgO2/L) des différents échantillons.................................................................36Fig 22 : DBO5 (mgO2/L) des différents échantillons...............................................................37Fig 23 : Fer total (mg/L) des différents échantillons.................................................................38Fig 24 : Chrome (mg/L) des différents échantillons................................................................. 39Fig 25 : Cobalt (mg/L) des différents échantillons................................................................... 40Fig 26 : Nitrates (mg/L) des différents échantillons................................................................. 41Fig 27 : Nitrites (mg/L) des différents échantillons.................................................................. 42Fig 28 : Azote ammoniacal (mg/L) des différents échantillons................................................ 43Fig 29 : Phosphates (mg/L) des différents échantillons............................................................ 44Fig 30 : Vue aérienne de la filature........................................................................................... 46Fig 31 : Influence de la concentration en FeCl3 sur la DCO.................................................... 47Fig 32 : Alimentation par débordement « clos de cygne » via un réseau souterrain...............53Fig 33 : Alimentation aérienne, répartition en H...................................................................... 53Fig 34 : Échangeurs de chaleur................................................................................................. 59
Liste des tableauxTableau 1 : Comparaison des méthodes lagunes et filtres plantés de roseaux..........................20Tableau 2 : Avantages et inconvénients de l'association du lagunage et des filtres plantés de roseaux...................................................................................................................................... 21Tableau 3 : Comparaison des deux types de filtres plantés de roseaux....................................25Tableau 4 : Composition de l'effluent de sortie.........................................................................42Tableau 5 : Concentration en FeCl3 (mg/L) dans les différents béchers..................................44Tableau 6 : Taux d’abattement en fonction de la concentration en FeCl3................................45Tableau 7 : Valeurs établies d’après de récents travaux (Molle, 2003).....................................53Tableau 8 : Lame d'eau admissible........................................................................................... 53Tableau 9 : Synthèse de l'exploitation.......................................................................................55
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IntroductionDans le cadre de notre projet de troisième année d'école d'ingénieurs, nous avons
collaboré, durant quatre mois, avec la flature FONTY, située à Rougnat en Creuse (23).La DRIRE, l'État, l'Europe imposent de nouvelles normes de rejet des effuents industriels de plus en plus strictes. Le système d'assainissement actuel (lagunage) de la flature ne permet pas de répondre à ces exigences en matière de qualité d'eau rejetée dans le milieu naturel récepteur (Bief).
C'est pourquoi, l'assainissement de cette industrie doit être repensé, sachant que de nombreux facteurs sociaux économiques sont à prendre en compte. En défnitive, 2 possibilités de traitement sont à étudier. Tout d'abord, la mise en place d'une flière biologique classique, de type SBR (séquencing batch reactor).D'autre part, l'implantation d'un traitement « écologique », basé sur le procédé de phyroremédiation.
Le souhait de la direction de la flature est de faire évoluer leur réfexion concernant leur assainissement, en passant de « une station d'épuration, ça nous est imposé et ça ne rapporte rien » par « une station d'épuration, je la choisis et elle doit rapporter »
Quelles sont les différentes possibilités d'assainissement applicables à cette flature compte tenu des enjeux socio-économiques?
Pour répondre à cette problématique nous avons suivi la démarche scientifque suivante, qui constituera le plan de notre rapport:
I. Compréhension du procédé de production. II. Étude bibliographique.III. Analyses des différentes effuents.IV. Étude des différentes solutions de traitement des eaux usées envisageables.
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I. PRÉSENTATION DE L'ENTREPRISE
1) HistoriqueLa flature a été crée en 1880 par M. Pierre GORSSE. En 1962, M. Jacques FONTY
reprend l’activité et diversife l’activité vers le fl à tricoter, la bonneterie et les marchés du tapis. Cette reprise a permis à l’entreprise de passer du stade artisanal à un statut industriel.
Madame FONTY géra l’entreprise 4 années suite au décès de son mari avant de vendre la société au groupe DEPOORTERE BALSAN.
M. Jean-Denis AZNAR reprend la direction de l’entreprise FONTY en 2006 dont les résultats sont satisfaisants.
2) Activités de la sociétéLa société FONTY est spécialisée dans la flature cardée et peignée, la fabrication de
fls en pure laine ou en mélange, avec un minimum de fabrication de 50 kg. La flature est d’autre part spécialisée en teinture notamment en écheveaux sur tout fbre à partir de 2 kg.
L’entreprise favorise les matières naturelles, et les matières premières locales; effectivement, les produits fabriqués en Creuse sont des produits consommés en France, avec un circuit court du producteur à l’industriel, à l’artisan et au commerçant.
La flature Fonty produit aujourd’hui 800 kg de laine par semaine.
3) Localisation
Fig 1 : Localisation de la filature
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4) Descriptif des activités
Fig 2 : Vue d'ensemble de la filature
a) Stockage
La laine arrive en balles, et n’a subi qu’un seul traitement de lavage à son arrivée.
Fig 3 : Stockage des balles de laine
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b) Ateliers de flature
Avant le cardage (cf. Fig ), la laine est dépoussiérée et mise en focons. Un produit de synthèse lubrifant est ajouté sur la laine afn de facilité l’étape de cardage/peignage.
Fig 4 : Stockage de la laine
La laine est ensuite flée et mise en écheveaux
Fig 5 : Machine de l'atelier
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c) Ateliers de teinture
Les couleurs utilisées pour teindre les fls sont étudiées en laboratoire. L’eau utilisée pour les teintures est chauffée à 99°C (température nécessaire à la fxation des couleurs dans les fbres) grâce à une chaudière au foul.
Fig 6 : Atelier de teinture
La laine est ensuite rincée, séchée et mise en pelotes.
Fig 7 : Laine dans un bac de lavage
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5) Bilan des activités: Métabolisme industrielCette schématisation permet de regrouper les principales étapes du procédé de
fabrication. Il indique les quantités en entrée du système de production (matières premières, énergie, eau) et les sorties (produit fni, eaux usées, déchets générés).
Ce schéma représentant le métabolisme industriel de la flature a été réalisé à partir des informations recueillies lors de notre visite sur le site, des différentes factures fournies par la direction.
Nous pouvons voir que la seule sortie du système (hormis le produit fni) est de l'eau usée, puisque les déchets générés sont quantitativement et qualitativement négligeables.
Fig 8 : Métabolisme industriel de la filature
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II. ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
1) Un prétraitement envisageable: la Coagulation – FloculationLes procédés de coagulation foculation facilitent l’élimination des MES et des
colloïdes en les rassemblant sous forme de foc dont la séparation est ensuite effectué par des systèmes de décantation, fottation et/ou fltration.
Ils constituent les traitements de base appliqués pour corriger tout ou partie des défauts de l’eau liés aux fractions particulaires inertes (limons, argiles, colloïdes) ou vivantes (microalgues planctoniques, micro-invertébrés, …) ils assurent aussi l’élimination de la fraction « foculable » des matières organiques (macromolécules, en particulier la plupart des acides humiques responsables de la couleur), de certains métaux lourds, plus généralement de la fraction des micropolluants associés à ces MES et macromolécules colloïdales.
a) Etapes de l’agrégation
La coagulation:La coagulation est la déstabilisation des particules colloïdales par addition d’un
réactif : le coagulant, qui apporte au milieu des cations multivalents, libres ou liés à une macromolécule organique (polyélectrolyte cationique). Ces cations sont adsorbés et fxés par les particules colloïdales. Les coagulants les plus courants sont le chlorure ferrique FeCl3 et le sulfate d’aluminium Al2SO4.
La foculation:C’est l’agglomération des particules en microfocs par pontage. Les microfocs
s’agrègent ensuite en focons plus volumineux et décantables : le foc. Cette foculation peut être améliorée par l’ajout d’un autre réactif : l’adjuvant de foculation, appelé aussi le foculant. En générale il s’agit de chaux.
Décantation:La décantation consiste à rassembler les matières en suspension et les colloïdes
foculés ou non pour les supprimer. Elle dépend de la quantité, de la nature chimique et de la forme des particules.
b) Mise en œuvre
Plusieurs paramètres nécessitent une attention particulière lors du dimensionnement d'un traitement de coagulation-foculation : les quantités de réactifs à ajouter, les vitesses d’agitation du milieu réactionnel, la valeur du pH.
Concernant les vitesses d'agitation, la seule certitude est que la coagulation nécessite une vitesse d'agitation plutôt rapide (afn de bien mélanger l'eau et que les colloïdes et les cations métalliques se rencontrent et se neutralisent) et que la foculation - quant à elle - nécessite une vitesse relativement lente (afn de favoriser la rencontre et l'agrégation des colloïdes mais sans détruire les focs déjà formés)
Concernant le pH, il est optimal autour de pH = 6. Cette valeur peut être optimisée mais les conditions d’utilisation du traitement de coagulation-foculation sur une eau dont le pH varie aléatoirement font qu’il est préférable de contenir le milieu réactionnel dans une gamme autour de pH = 6.
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c) Elimination des différents polluants
Ce procédé vise à réduire et éliminer les particules en suspension, les colloïdes et les matières dissoutes, responsables des propriétés organoleptiques de l’eau (odeur, couleur, …). Les matières organiques sont alors éliminer, donnant des capacités de réduction de la DCO et de la DBO de l’ordre de 40% et peut atteindre 60% lors d’une coagulation-foculation catalysée par la température d’après Pradeep Kumar et coll. (2007) ( «Decolorization and COD reduction of dyeing wastewater from a cotton textile mill using thermolysis and coagulation» )
Certains composés comme les métaux lourds peuvent être captés par la coagulation-foculation. D’après A.G. El Samrani et coll. (2007) ( «Chemical coagulation of combined sewer overfow : Heavy metal removal and treatment optimization» ) un traitement au chlorure ferrique ou au sulfate d’aluminium a une effcacité équivalente sur le plomb (Pb), le cuivre (Cu) et le zinc (Zn) contrairement au chrome (Cr). Des essais sur Jar-Test ont été réalisés en faisant varier la dose optimale de coagulant.
Les résultats ont été tracés sur les graphes suivants : concentration du métal lourd mesuré en fonction de la dose de traitement appliqué.
Fig 9 : Concentrations résiduelles des différents métaux lourds en fonction du taux de traitement appliqué en coagulant
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On remarque sur les essais de coagulation-foculation (A.G. El Samrani et coll. , 2007) que le traitement au FeCl3 et Al2SO4 sont aussi effcaces pour capter les métaux lourds.
En revanche concernant le captage du Chrome par le procédé de coagulation-foculation il n’y a aucune dose optimale pour traiter ce métal.
Fig 10 : Concentration su chrome en fonction du taux de traitement appliqué en coagulant
L'utilisation de la coagulation-foculation permet de traiter avec succès les eaux contenant du cuivre, du plomb, de l’argent, du zinc, du cuivre. Les effets sur le cobalt et le chrome sont nuls. (http://www.lenntech.fr/)
Les effets de la coagulation-foculation sur la DCO donnent de bons résultats, on atteint avec un taux de traitement optimal un abattement de l’ordre de 50 à 80 %.
d) Electrocoagulation
Le taux d’abattement de la DCO peut être augmenté par l’utilisation d’une électrocoagulation.
L'électrocoagulation-foculation est un procédé d'électrolyse à électrodes solubles qui met en solution un cation métallique provenant du coagulant (Fe3+ ou Al3+) provocant la coagulation des colloïdes. L'électrolyse a également une action sur les composés solubles oxydables ou réductibles contenus dans l'effuent.
Les courants d'ions et de particules chargées créés par le champ électrique augmentent la probabilité de collision entre ions et particules. Cette action rassemble les matières en suspension sous forme d'un foc.
Obtenu sans agitation mécanique et sans apport de produits extérieurs, le foc est plus compact et de volume des boues est beaucoup plus faible qu'avec un procédé de coagulation-foculation chimique.
L'électrocoagulation-foculation divise par un facteur 4 à 5 l'apport extérieur de réactifs et de salinité par rapport à la coagulation chimique.
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L'électrocoagulation-foculation donne d'excellents résultats pour les effuents chargés essentiellement de matières colloïdales ou de matières en suspension: on atteint, dans ces cas, des taux d'élimination de 90 à 98% de DCO. En revanche, les résultats sont moins probants avec les matières organiques solubles; on ne dépasse guère 20% d'élimination de la DCO.
L'électrocoagulation-foculation permet d'éliminer 60 à 80% de la charge polluante; elle présente aussi l'avantage d'éliminer les matières les moins biodégradables et de rendre ainsi plus facile un traitement biologique en aval.
D’un point de vue technique, l'électrocoagulateur type est un éléctrolyseur rectangulaire à électrodes planes verticales conçu pour faciliter le remplacement des anodes consommables (en usage courant, tous les 2 ou 3 mois). Cette disposition facilite également le regroupement du foc à la partie supérieure sous l'effet des bulles de gaz (O2 et H2) dégagées par les électrodes. La confguration la plus courante comporte une anode centrale entourée de deux cathodes situées à 10 cm environ des parois de la cuve. Les bulles d'hydrogène dégagées sur ces cathodes contribuent à l'agitation de l'effuent à épurer. Pour accroître cette agitation et éviter ainsi l'accumulation de dépôts sur les parois de la cuve, on injecte de l'air dans le courant d'effuent qui traverse l'électrolyseur transversalement.
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2) Sequencing batch reactor (SBR):
Les réacteurs discontinus séquentiels, communément appelés SBR (Sequencing Batch Reactor) regroupent des procédés dans lesquels les phases de réactions biologiques et les processus de décantation sont effectués au sein d’un bassin unique. Ces procédés, dont les premières implantations sont antérieures aux systèmes à boue activée, ont gagné un regain d’attractivité du fait de leurs avantages reconnus:effcacité, modularité, adaptabilité, automatisation possible.De plus, le procédé SBR, en comparaison avec un procédé continu, exerce une pression de sélection en jouant sur les différentes cinétiques de croissance relativisant la présence de l’une ou l’autre des espèces de micro-organismes. La conséquence est la minimisation de l’apparition de bactéries flamenteuses par l’application de conditions d’alimentation et de non alimentation. D’autre part, le procédé SBR présente un intérêt par rapport aux procédés continus en relation avec les cinétiques de réactions: à la fn du remplissage les concentrations en substrat et donc les vitesses sont maximales.
A l'heure actuelle, certaines sociétés commercialisent des SBR de différents types permettant l'épuration d'un large panel d'eaux usées, notamment en Amérique du Nord et les pays d'application se situent en Amérique du Nord et du Sud, en Europe du Nord, et en Asie du Sud-Est, mais ce procédé est rarement utilisé à grande échelle en Europe centrale et du Sud.
Le fonctionnement d’un SBR se décompose en cinq opérations de base au cours d’un cycle de fonctionnement : le remplissage, la réaction, la décantation statique, la purge (vidange du réacteur), puis le repos.
Fig 11 : Schéma des différentes étapes de fonctionnement du SBR
Remarque: Le système SBR peut être amélioré en ajoutant du charbon actif en grain directement dans les réacteurs du SBR. Cet ajout de charbon actif permet de créer un bioflm pour les bactéries présentes dans le réacteur, augmentant l’effcacité du système SBR. D’après Suntud Sirianuntapiboon et coll., 2007 (« Removal of disperse dyes from textile wastewater using bio-sludge ») l’effcacité du SBR peut être améliorée de 2%. L’utilisation d’un tel système sur des effuents de textile permet d’obtenir un taux d’abattement de la DCO et DBO amélioré.
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3) Traitement des effuents par méthode lagunaireLe système de lagunes est une des méthodes les plus populaires dans le traitement
des eaux usées mais également l’une des plus simples et des moins chères (en coût d’investissement et d’exploitation). Ce procédé est généralement appliqué aux petites collectivités rurales. Il représente 20% du parcs des stations d’épuration selon les études du Cemagref. Le principe des lagunes se base sur l’utilisation d’énergie naturelle. Ce système est bien adapté aux petites installations car les coûts de construction, d’exploitation et de maintenance sont réduits. Il nécessite cependant un espace assez important qui est souvent disponible dans les milieux ruraux. Le système de lagunes peut être de différents types. Ils sont dimensionnés de sorte à pouvoir recevoir, contenir et traiter les eaux usées pendant une période prédéterminée. Le fond des lagunes est recouvert d’un matériel tel que l’argile pour éviter les fuites vers les nappes souterraines.Dans le lagon, se succèdent des réactions d’ordre physico-chimique et biologique, la majorité du traitement est d’origine naturelle. Un système aéré permet d’augmenter la quantité d’oxygène dans les eaux usées et permet un traitement plus effcace. Le design prend en compte les paramètres suivant : le type de sol, le terrain disponible, le climat, l’ensoleillement et le vent et évidemment le type de traitement recherché.Différents systèmes de lagunes sont recensés :
a) Les lagunes anaérobies
Ce système, comme son nom l’indique, est réalisé en absence d’oxygène. Il est le plus souvent utilisé pour le traitement des rejets provenant d’exploitation laitière ou d’élevage de cochons, pour le traitements de déchets industriels ou en tant que première étape de traitement dans le cas de lagunes en série. Les lagunes anaérobies sont dimensionnées pour contenir et traiter les eaux usées de 20 à 50 jours, et sont généralement d’une profondeur d'environ 2 à 5 mètres. Au fond de la lagune, les solides se déposent en couches. Les couches supérieures sont constituées de graisse, d’écume et d’autres matières fottantes. Ces couches ne laissent pas passer l’oxygène dans la lagune (ou très peu) permettant ainsi aux microorganismes anaérobies de traiter les eaux usées en profondeur. L’inconvénient de ce type de lagune, est qu’il faut régulièrement purger les boues qui se déposent au fond du bassin. De plus, un bassin anaérobie nécessite presque toujours un traitement ultérieur, dont le traitement des odeurs. Ce dernier peut s’effectuer par un ajout de nitrate de sodium, ainsi que par la mise en place d’une maintenance régulière.
b) Les lagunes aérobies
Les lagunes aérobies sont des lagunes possédant un taux d’oxygène dissous relativement élevé. La profondeur de ces lagunes est cependant plus faible que pour les lagunes anaérobies, la lumière et l’air peuvent ainsi mieux pénétrer dans le bassin (favorisé notamment par le vent). On préfère ces lagunes pour le traitement des eaux dans des zones chaudes et ensoleillées, où le risque de gel est amoindri. Les eaux usées doivent en général séjourner 3 à 50 jours avant d’être traitées. Ce sont les bactéries aérobies et les algues qui contribuent à l’assainissement de l’eau. Le fond de la lagune doit être pavé afn d’éviter une invasion végétale du bassin, puis une eutrophisation qui asphyxierait le bassin.
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c) Les lagunes aérées
Les lagunes aérées sont très répandues, notamment dans les petites collectivités. Ces systèmes se basent sur le modèle des lagunes aérobies, mais des aérateurs sont installés au fond de la lagune afn d’aérer le système et de favoriser le traitement. La plupart des systèmes d’aération nécessitent de l’énergie, mais les prix relatifs à cette énergie utilisée restent généralement inférieurs au prix des traitements mécaniques usuels. L’avantage de ce type de lagune est que sa mise en place nécessite moins de surface, et que le temps de séjour est également plus court.
d) Les lagunes facultatives
Ce sont des lagunes mixtes qui présentent à la fois des conditions anaérobies et aérobies. On les appelle aussi « bassins de stabilisation ». Ces lagunes sont les plus répandues et les plus utilisées par les petites collectivités et en assainissement non collectif. Elles sont adaptables à la plupart des climats et ne nécessitent pas d’énergie autre que l’énergie naturelle.
Ces lagunes se divisent généralement en trois couches. La couche superfcielle est une zone aérobie, puisqu’elle est en contact direct avec l’air. L’épaisseur de cette couche dépend du climat (ensoleillement et vent) et de la proportion d’algues dans le bassin qui apportent également de l’oxygène au bassin. Cette zone sert de barrière contre les mauvaises odeurs engendrées par les conditions anaérobies des couches inférieures. Les bactéries aérobies traitent les eaux usées en les transformant en dioxyde de carbone, et en phosphates qui servent de nourriture aux algues. Les bactéries anaérobies convertissent les substances présentes dans les eaux usées en gaz nauséabonds comme l’ammoniac, ou le sulfure d’hydrogène. La couche intermédiaire présente des conditions mixtes. La troisième couche est composée de boues décantées, le traitement est effectué par des bactéries anaérobies. On trouve également des vers et des protozoaires dans cette zone qui dégradent une partie des boues décantées, augmentant ainsi les capacités épuratrices de la lagune avant maintenance.
Les lagunes mentionnées précédemment peuvent être disposées de différentes manières, seules ou combinées. Elles peuvent être placées en série ou en parallèle, ou les deux. En effet, deux lagunes de petite dimension peuvent s’avérer être plus effcaces qu’une seule lagune de grande dimension.
Lagunes en série : cette disposition favorise la décantation des boues. Parfois, un traitement en série est nécessaire afn que l’effuent issu des systèmes lagunaires puisse atteindre un débit fxé par les standards.
Lagunes en parallèle : deux lagunes ou plus réceptionnent les eaux usées à un même stade de traitement. Ce système est particulièrement utile dans les zones froides ou dans les zones ou les lagunes risquent de geler à une période de l’année. En effet, les processus biologiques impliqués dans la biodégradation sont défavorisés par le froid. Les bassins en parallèle sont souvent utilisés en hiver afn de gérer des charges de pollution supplémentaires.
Cependant, la disposition en série est souvent nécessaire. Ainsi, pour permettre une épuration optimale, trois bassins sont généralement placés en série :
- la première lagune se dimensionne sur la base de 6 à 7 m2.hab-1 suivant la charge organique des eaux.- la troisième lagune, en fonctionnement normal, n’améliore que peu la qualité du traitement. Elle s’avère utile lorsque le premier bassin est nettoyé de ses boues (environ tous les 13 ans,
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en comptant 100L de boue produite par habitant soit environ 12 kg de MS.hab-1 selon le Cemagref). Cela permet de maintenir une bonne qualité de traitement. Son dimensionnement et celui du deuxième bassin se font sur la base de 2.5 m2.hab-1. On y implante généralement une île pour la vie de canards qui limitent la prolifération de lentilles d’eau.
Fig 12 : Schéma de principe d'une lagune
e) Critères de dimensionnement généraux
Critères géologiques et hydrogéologiques
La localisation de la nappe souterraine et la composition du sol doivent être pris en compte lors du dimensionnement des bassins. Idéalement, les lagunes devraient être construites sur des socles argileux, ou d’autres socles imperméables empêchant les eaux usées de percoler dans le sol vers les nappes souterraines. Le facteur de perméabilité Ks doit être égal à 10-8 m/s pour une profondeur de 0,3 m. Ainsi, des études de sols doivent donc être systématiquement réalisées. Si ce n’est pas le cas, il faudra disposer une couche d’argile, ou une membrane de plastique, de caoutchouc, de béton, ou d’autres matériaux protégeant les nappes. L’installation de ces matériaux augmente le coût d’investissement. L’exposition de la future lagune au vent et au soleil est également un facteur à prendre en compte. Des arbres doivent parfois êtres déracinés afn de favoriser cette exposition, il en est de même de la végétation invasive présente autour de la lagune.
Dimensions
Les dimensions des lagunes dépendent du type de procédés mis en œuvre pour le traitement, du débit d’eaux usées à traiter, du climat, et de la présence d’autres lagunes initialement présentes. Les lagunes sont dimensionnées de telle sorte à avoir un temps de séjour relativement important (de 20 à 150 jours pour les lagunes facultatives). Ce temps de séjour est l’un des paramètres de dimensionnement les plus importants. Les lagunes peuvent être circulaires, rectangulaires ; leur longueur ne doit pas excéder trois fois leur largeur, et leurs berges doivent avoir une pente extérieure de 33%. Cette pente facilite le maintien des berges. Dans les systèmes présentant des digues séparant les bassins lagunaires, les digues doivent également être bien maintenues. Le fond de la lagune doit être aussi plat et lisse que possible pour faciliter la continuité du fux d’eaux usées. Les lagunes facultatives ont généralement une profondeur variant de 1 à 2 m afn d’avoir une surface assez importante pour favoriser le développement des algues, mais également pour favoriser les conditions anaérobies au fond du bassin.
19
Suivi de l’effcacité d’épuration de la lagune
Quelques mois après la mise en place de la lagune, des études doivent être réalisées afn de caractériser les effuents en entrée et en sortie de la lagune. Un taux d’abattement, relatif à l’effcacité épuratoire pourra ainsi être déterminé. Différents paramètres physico-chimiques et microbiologiques seront suivis au cours de ces études.
f) Comparaison des méthodes : lagunes et fltres plantés de roseaux (à écoulement vertical)
Tableau 1 : Comparaison des méthodes lagunes et filtres plantés de roseaux
20
g) Association du lagunage et des fltres plantés de roseaux
Aujourd’hui de nombreux sites de lagunage deviennent vieillissants et du fait d’un accroissement de la population ou d’un accroissement des exigences de qualité des eaux rejetées, ces sites nécessitent une réhabilitation.Pour cela, on peut leur associer des bassins plantés de roseaux.
Cas d’un accroissement de la population : association 1 er étage FPRv et lagunes existantes aval
- Si la nouvelle charge organique est inférieure à 2 fois l’ancienne chargeLes effuents bruts rejoignent dans un premier temps un premier étage de FPRv
dimensionné sur la base de 1.2m2.hab-1 et garni de gravier avant de subir une étape de maturation dans les lagunes (<5m2.hab-1).Le temps de séjour sur l’ensemble des bassins est d’environ 20 jours.
- Si la nouvelle charge est 2 fois supérieure à l’ancienne charge organiqueIl est diffcile d’utiliser la lagune comme système épuratoire, sauf en cas de pluie pour traiter les eaux excédentaires.
Cas d’un accroissement des exigences de qualité : association lagunes existantes amont et deuxième étage FPRv aval
Il est possible d’atteindre une qualité caractéristique d’une bonne dégradation (25mg.L-1
DBO5, 125mg.L-1 DCO) et d’une bonne nitrifcation en remplaçant le dernier bassin de lagunage par 3 fltres de type « 2eme étage FPRv », garnis de sable et d’une surface totale de 1m2.hab-1.
Cet étage de FPRv doit être bien entretenu et suivre les règles d’exploitation : phases d’alimentation/repos (3,5 jours/7 jours), apport en charge hydraulique limitée à 0.80 m de hauteur d’eau sur le fltre en fonctionnement, hauteur de sable de 25 à 40 cm selon la topographie.
h) Avantages et Inconvénients
Avantages InconvénientsFaible coût Grande surface nécessaire
Faible consommation d’énergie Effcacité dépendante du climatSimplicité de mise en oeuvre Mauvaises odeursBonne intégration paysagère Mauvais traitement des métaux lourds
Processus biologique
Tableau 2 : Avantages et inconvénients de l'association du lagunage et des filtres plantés de roseaux
21
4) Traitement par rizosphère
a) Principe de la rhizosphère
Les lits fltrants associent une série d’étages de traitement plantés de roseaux. L’épuration biologique se fait en aérobie sur des milieux granulaires fns à grossiers.Les végétaux supérieurs sont utilisées pour leur capacité naturelle à épurer les eaux usées, leur action est combinée à celle des micro-organismes et des différents massifs fltrants. Les boues produites ‘en amont’ des fltres (sur le massif fltrant) sont régulièrement évacuées.
b) Le rôle des micro-organismes
Les bactéries se multiplient préférentiellement en milieu humide, elles se nourrissent des matières apportées par les eaux, notamment la matière organique. Les bactéries transforment certains éléments en molécules inoffensives.
c) Le rôle des roseaux (macrophytes)
Le rôle des roseaux est principalement mécanique. Les roseaux possèdent un système racinaire très dense qui améliore l’oxygénation des fltres. Ce qui permet également un bon développement de la fore bactérienne. Les espèces sont diverses : bactéries, protozoaires, invertébrés, elles dépendent de la charge en matière organique et la disponibilité de l’oxygène.
Les rhizomes, tige souterraine, ne cessent pas leur croissance en hiver, ce qui permet un fonctionnement croissant de la station d’épuration. Les roseaux repoussent au printemps.L’action du vent sur les roseaux, permet un mouvement au niveau de la masse de boues et évite ainsi le colmatage des lits fltrants.Le développement racinaire accroît la surface de fxation pour le développement des micro-organismes et pour des réactions de précipitation.La couverture foliaire a elle un rôle de protection du milieu bactérien lors de la minéralisation de la matière organique.
c) Les fltres plantés de roseaux à écoulement vertical
La technique FPRv est un procédé épuratoire consistant à infltrer des eaux brutes dans un milieu granulaire insaturé sur lequel est fxé une biomasse épuratrice.Ce système est composé de deux étages. Il accepte les eaux usées brutes au premier étage, directement, sans passer par une étape de décantation préalablement. Cela va permettre une meilleure gestion des boues. Les installations de ce type sont en plein essort (près de 100 unités construites par an depuis 2004, d’après le Cemagref).Généralement, le système se compose de deux étages de traitements composés de trois fltres en parallèle au premier étage et deux au second étage. Le fonctionnement se fait en alternance pour permettre la minéralisation en période de repos et ainsi de limiter le colmatage.
1er étage : - temps de repos = 2 fois le temps de fonctionnement (soit trois lits)- composition : différents types de graviers pour faciliter aération
2ème étage : temps de repos = temps de fonctionnement (soit deux lits)
Les matières sèches en suspension sont arrêtées à la surface du massif fltrant ainsi qu'une partie de la pollution organique (DCO particulaire).Les dépôts s’accumulant à la surface du fltre, à l’ombre des roseaux, se minéralisent à 60% en masse par rapports aux fux reçus, cela conduit à une augmentation du stock des boues.
22
Ces dépôts (terreau) doivent être évacués lorsqu’il atteigne une hauteur de 20cm (à raison d’une quinzaine de mm par an), ce qui correspond à une activité de 10 à 15ans. Ils peuvent être valorisés en agriculture.
L’activité épuratoire du terreau ajouté à celle du massif fltrant, ont tendance à améliorer les rendements avec le vieillissement de l’installation.En profondeur, le milieu granulaire va constituer un réacteur biologique qui va servir de support aux bactéries aérobies responsables de l’oxydation de la pollution dissoute (DCO soluble, azote organique et ammoniacal).
Fig 13 : Schéma d'un fltre vertical
Les FPRv sont alimentés en surface. L’effuent percole verticalement à travers le substrat. Dans un premier temps, les matières en suspension vont être retenues à la surface des fltres du premier étage : fltration et accumulation de boues.Dans un deuxième temps, la biomasse bactérienne aérobie va permettre la dégradation biologique des matières dissoutes.
Fig 14 : Composition des différents étages
23
d) Profl granulomètrique
D’après les études du Cemagref, en fonctionnement à charge nominale, un dimensionnement de 1.2 m2.hab-1 au premier étage et de 0.8 m2.hab-1 au deuxième étage permet d’atteindre des rejets aux concentrations suivantes :
- 60 mg.L-1 en DCO,- 15 mg.L-1 en MES,- 8 mg.L-1 en N-NK,
Ainsi que d’excellents rendements épuratoires :
- 90% pour la DCO,- 95% pour les MES,- 85% de nitrifcation,
Le premier étage va avoir un rôle important pour l’abattement de la DCO et des MES. On observe essentiellement une dégradation de la fraction carbonée et une nitrifcation partielle.Le deuxième étage a un rôle de fnition et permet de compléter le processus de nitrifcation entamé au premier étage.Une surface totale de 2 m2.hab-1 est nécessaire pour assurer une bonne nitrifcation.L’oxygénation des sols est primordial, elle est obtenue par une alimentation bâchée.
e) Les fltres plantés de roseaux à écoulement horizontal
Fig 15 : Schéma d'un filtre horizontal
Les gabions permettent une distribution et une récupération homogène des eaux.
Il est parfois préférable d’installer un fltre planté de roseaux à écoulement horizontal au deuxième étage.Ce système diffère du précédent, du fait de sa saturation permanente en eau (assurée par un système de siphon régulant la hauteur d’eau) et de ses conditions anoxiques en partie inférieure.
24
Dans un fltre planté de roseaux à écoulement horizontal, la charge organique reçue doit être faible, car ce système est plus sensible au colmatage. C’est pourquoi le procédé est installé en aval des FPRv, d’un décanteur-digesteur, ou d’une fosse toutes eaux. L’aération résulte uniquement des apports provenant des racines des plantes et de la diffusion gazeuse dans la partie non saturée superfcielle. Cet apport relativement faible en oxygène réduit l’activité de la biomasse aérobie mais les mécanismes anaérobies et aéro-anaérobie, au niveau des racines, vont permettre une dégradation partielle de la matière carbonée ainsi que la transformation des formes réduites de l’azote.Il est généralement dimensionné sur la base de 2 m2.hab-1. Les ouvrages sont généralement de forme plus large que longue, voir carré, et le matériau est du gravier ou du sable grossier.Actuellement, le procédé des FPRh n’est pas très développé en France. Des études sont en cours pour répondre au traitement de l’azote global et du phosphore (avec de l’apatite, essais menés par le Cemagref).
f) Comparaison des deux types de fltres plantés de roseaux
Tableau 3 : Comparaison des deux types de filtres plantés de roseaux
25
g) Exemple de solutions de traitement des eaux
Association Filtres Verticaux/Horizontaux
Avant le rejet sur la rhizosphère, les eaux usées passent par une étape de dégrillage qui permet de retenir les particules solides de diamètre trop important. Elles sont ensuite dirigées, par gravitation, vers un fltre végétal vertical où les particules les plus fnes et les matières solides subissent dans un premier temps une fltration mécanique.Le deuxième étage du fltre permet d’épurer les eaux de leurs matières organiques dissoutes. Il s’agit plus exactement d’un dégradation aérobie biologique de la phase dissoute par les bactéries fxées sur les matériaux granulaires.Un dernier lit planté peut être réalisé. Il est à écoulement horizontal. Dans cette confguration, l’oxygène ne circule pas librement, ce qui permet de traiter les polluants comme l’azote et le phosphore.
Fig 16 : Vue d'ensemble d'un exemple de traitement par filtres plantés de roseaux
26
Association bassin d’aération/fltres plantés de roseaux
Dans ce système, à la suite de l'étape de dégrillage, les eaux usées sont collectées dans une bâche de relèvement. Des pompes de recirculation sont installées au fond de l'ouvrage et permettent de relever les eaux au point haut de la station, pour les amener vers le bassin d'aération.
Bassin d’aération:Dans cette partie de la station, l'eau suit un traitement biologique. Le système est
constitué de six bassins, contenant chacun deux sprinklers. Le fond des bassins est tapissé de « lits d'abeilles » (nom donné en raison de la forme semblable à de minuscules alvéoles).Les pompes de recirculation installées dans la bâche envoient l'eau dans les sprinklers qui la répartissent sur la surface des bassins. L'eau est fortement oxygéné ce qui favorise le développement d'une fore bactérienne. Les bactéries dégradent la matière organique. Il y a formation de boues biologiques qui décantent au fond du bassin.
Passage sur lits de roseaux:L'eau, à la sortie du bassin d'aération est partiellement nettoyée, le passage sur lits de roseaux va permettre d'éliminer les boues formées. Les lits de roseaux forment un rhizofiltre qui va retenir les particules.
La rhizosphère peut être composée de trois lits de roseaux.
Les lits de roseaux fonctionnent en alternance.
La fltration est lente. Le lit fltrant va laisser passer les eaux et retenir les boues dont vont se nourrir les bactéries.
Le lit fltrant peut être composé de cailloux et de sable. Il est composé, de haut en bas, d’une couche de sable, d’une couche de petits cailloux et d’une dernière comportant des drains, qui servent à évacuer l’eau, entourés de gros cailloux. L’eau traverse ces couches et s’écoule ensuite par les drains jusqu’au tuyau central, qu'il l'amène jusqu'au court d'eau avoisinant. Un débimètre est placé en sortie des installations pour contrôler le débit d'eau retournant à la rivière.
27
h) Autres confgurations possibles pour un traitement biologique
La confguration fnalement choisie dépend de plusieurs paramètres :- ouvrages déjà présents- niveau de traitement exigé- place disponible - dénivelé
Fig 17 : Configurations possibles pour le traitement des effluents
28
i) Rendements épuratoires obtenus avec le système de rhizosphère
Les effuents perdent après fltration jusqu’à 90% de leurs Matières En Suspension (MES) quelque soit le type d’écoulement. Il faut pour cela adapter un massif de granulats. Ce qui permet d’être plus effcace comparé à une décantation classique. L’action combinée des bactéries et des plantes permet de retenir les MES, celle-ci sont déshydratées et compostées naturellement. Le système d’épuration par lits de roseaux permet de réduire fortement le volume des boues. Les résidus se transforment en un compost qui se dépose à la surface du fltre sans le colmater.
j) Avantages d’un tel traitement
Les performances épuratoiresUne station d’épuration à fltres plantés de roseaux à trois étages (dont deux à écoulement vertical), permet d’atteindre un niveau d’épuration supérieur à 90%.Le traitement permet une élimination du carbone et une nitrifcation aujourd’hui maîtrisée.
Impact environnementalCe système de traitement permet une très bonne intégration paysagère.Il est totalement libre de dispositif mécanique, il n’y a donc pas de problème de nuisances sonores.Les fltres plantés de roseaux ne laissent pas l’eau stagnante, il n’y a donc pas de riques d’odeurs désagréables.
k) Inconvénients du traitement
Le traitement des eaux usées par lit plantés de roseaux ne permet pas encore d’obtenir de bons taux d’abattement sur le phosphore, seulement 30%, et moins encore lorsque le lit est saturé. Le phosphore, à haute concentration, est responsable du phénomène d’eutrophisation dans les rivières. Des recherches sont en cours pour trouver une solution au traitement du phosphore dans les petites collectivités, autre que le procédé chimique beaucoup trop onéreux.De plus, les conditions aérobies ne permettent pas la dénitrifcation.Le temps de séjour des effuents dans le système est faible, ce qui ne permet pas une décontamination effcace.
29
III. ANALYSES DES DIFFÉRENTS EFFLUENTS Alors que les rejets domestiques présentent des caractéristiques relativement
similaire, l'extrême diversité des eaux résiduaires industrielles nécessite une investigation propre à chaque type d'industrie. C'est pourquoi, nous avons tout d'abord procédé aux analyses des paramètres caractéristiques des effuents de la flature.
1) pH et conductivité
Ces paramètres sont mesurés grâce à un pHmètre et un conductimètre, préalablement étalonné. Ils sont importants puisqu'ils nous renseignent notamment sur la disponibilité en solution des métaux et sur la faisabilité d'un traitement par voie biologique.
Fig 18 : pH des différents échantillons
Le pH des effuents est constant tout au long du processus. En outre, l'ajout de produits de teinture induit une acidifcation (pH d'environ 4) qu'il faudra prendre en compte dans l'étude de faisabilité d'un traitement biologique.
30
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1
2
3
4
5
6
7
8 7,49 7,33 7,24 7,22 7,45 7,226,83
4,62
6,68
pH
Échantillon
pH
La conductivité des différents effuents a un ordre de grandeur similaire à l'eau du Bief (utilisée comme eau de process).
Fig 19 : Conductivité des différents échantillons
31
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0200400600800
100012001400160018002000
Conductivité
Échantillon
Co
nd
uctiv
ité (
μS
/cm
)
2) Matières en suspensionCe paramètre représente la quantité de matières non dissoutes présentes dans
l'effuent. Le principe de mesure est relativement simple puisqu'il est basé sur la différence de masse entre un fltre vide et un fltre à travers lequel une certaine quantité d'effuent est passée après séchage durant 24h à 105°C.
Fig 20 : MES (g/L) des différents échantillons
Les valeurs obtenues sont relativement faibles (0,06 g/L pour la valeur maximale du premier bac de lavage), ce paramètre est conforme aux normes de rejet des eaux usées en vigueur.
32
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0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,070,061
0,051
0,006
0,000 0,002 0,0000,003
0,000 0,000
Matières en suspension
Échantillon
ME
S (
g/L
)
3) Demande chimique en oxygène (DCO)La demande chimique ne oxygène est un paramètre primordial en traitement des
eaux. En effet, elle représente la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement la matière organique, c'est à dire la charge organique polluante d'un effuent.La mesure a été réalisée selon la méthode normée, qui consiste à oxyder la matière organique par du dichromate de potassium pendant 2 heures à 180°C.
Fig 21 : DCO (mgO2/L) des différents échantillons
33
bac
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0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
4896
3960 3784
156,8 94,16 9,68
616,81115,2
113,6
Demande chimique en oxygène
Échantillon
DC
O (
mg
O2/
L)
4) Demande biologique en oxygène (DBO5)La Demande Biologique en Oxygène correspond à la quantité de dioxygène
nécessaire aux micro-organismes aérobies de l’eau pour oxyder les matières organiques, dissoutes ou en suspension dans l’effuent. Il s’agit donc d’une consommation potentielle de dioxygène par voie biologique. Ce paramètre constituera donc un bon indicateur de la teneur en matières organiques biodégradables (toute matière organique biodégradable polluante entraîne une consommation de l'oxygène).
La DBO5 consiste à mesurer l'oxygène consommé par les microorganismes présent dans l'eau. En effet, il sufft de mesurer la teneur en oxygène à t=0 jour et de la mesurer àt=5 jours pour avoir la demande en oxygène sur 5 jours. Les oxitop sont utilisés pour
cette mesure (méthode non normée).
Fig 22 : DBO5 (mgO2/L) des différents échantillons
34
bac
de
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ge
1 (s
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bac
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400
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1000
1200
1400
1600
1800 1630
13501270
52 33 9,68
190
370
40
Demande biologique en oxygène
Échantillon
DB
O (
mg
O2
/L)
5) Fer totalLes produits utilisés dans le process contiennent des métaux tel que le Fer. Le dosage
se fait par titrateur automatique.
Fig 23 : Fer total (mg/L) des différents échantillons
Les différents échantillons présentent de faibles teneur en Fer.
35
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0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000 1,1228
0,9264
0,4839 0,48870,5424
0,1248 0,1335
0,3751 0,3568
Fer total
Échantillon
fer
tota
l (m
g/L)
6) ChromeLe chrome fait partie de la famille des métaux lourds, il présente donc, à
concentration élevée, un risque majeur pour l'environnement et la santé humaine (cancérigène). Cet élément a été analysé puisqu'il est couramment utilisé comme pigment dans les produits de teinture. La mesure est effectuée grâce à un spectromètre d'absorption de famme: En passant à travers la famme, les métaux vont s'évaporer sous forme « d'ions gazeux ». La lampe émettant à une longueur d'onde spécifque au métal analysé, qui passe ainsi un état supérieur d'excitation. La quantité de lumière absorbée, déterminée grâce à la différence d'intensité lumineuse initiale et fnale (photomultiplicateur), est directement reliée à la concentration du métal.
Fig 24 : Chrome (mg/L) des différents échantillons
Les valeurs de concentration obtenues sont assez faibles, contrairement à ce que nous pensions au début de cette étude, et les concentrations obtenues sont inférieures aux normes de rejet acceptables (50mg/L) Cet élément ne sera donc pas pris en compte dans le choix et le dimensionnement de la flière de traitement, d'autant plus qu'il va subir un effet de dilution.
36
bac
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ge
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von)
bac
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bac
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çag
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0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,070,06
0,020,01 0,01
0,01
0,03 0,03 0,03
0
Chrome
Échantillon
Ch
rom
e (
mg
/L)
7) CobaltComme le chrome, le cobalt fait partie de la famille des métaux lourds. Il rentre dans
la composition des teintures utilisées par la flature, c'est pourquoi sa concentration dans les effuents doit être mesurée. La mesure est également réalisée grâce au spectromètre d'absorption de famme.
Fig 25 : Cobalt (mg/L) des différents échantillons
Les valeurs de concentration sont elles aussi assez faibles; et en dessous de la norme. Cet élément ne sera donc pas lui non plus pris en compte dans le choix et le dimensionnement de la flière de traitement, d'autant plus qu'il subit lui aussi l'effet de dilution.
37
bac
de
lava
ge
(sa
von)
bac
de
lava
ge
(rin
çag
e)
Ea
u du
ré
seau
+ p
rod
uits
au
xilia
ires
de
tein
ture
+ c
olo
rant
s
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,001
0,028 0,027
Cobalt
Échantillon
coba
lt (m
g/L)
8) AzoteL'azote est un élément important dans le domaine des eaux usées, puisque les normes
de rejet en vigueur sont relativement strictes. D'autre part, il intervient dans le processus d'eutrophisation.La concentration des différentes formes de cet élément sont mesurées grâce à une micro-méthode (mallette HACH).
a) Nitrates
Fig 26 : Nitrates (mg/L) des différents échantillons
38
bac
de
lava
ge
(sa
von
)
bac
de
lava
ge
(rin
çag
e)
Ea
u du
ré
seau
+ p
rod
uits
au
xilia
ires
de
tein
ture
+ c
olo
rant
s
02468
1012141618
16
10
8
Nitrates
Échantillon
nitr
ate
s (m
g/L
)
b) Nitrites
Fig 27 : Nitrites (mg/L) des différents échantillons
39
bac
de
lava
ge
(sa
von
)
bac
de
lava
ge
(rin
çag
e)
Ea
u du
ré
seau
+ p
rod
uits
au
xilia
ires
de te
intu
re +
co
lora
nts
05
1015202530354045
4037
16
Nitrites
Échantillon
nitr
ites
(mg/
L)
c) Azote ammoniacal
Fig 28 : Azote ammoniacal (mg/L) des différents échantillons
Globalement, les effuents de la flature sont assez chargés en azote, il faudra donc prendre en compte ce paramètre pour les dimensionnement et notamment pour l'étape de nitrifcation/dénitrifcation.
40
bac
de
lava
ge
(sa
von)
bac
de
lava
ge
(rin
çag
e)
Ea
u du
ré
seau
+ p
rod
uits
au
xilia
ires
de
tein
ture
+ c
olo
rant
s
0
5
10
15
20
25
30
3529
15,8
3,8
Azote ammoniacal
Échantillon
azot
e a
mm
onia
cal (
mg/
L)
9) PhosphatesLe phosphore est un élément important dans le domaine de l'épuration des eaux
usées. En effet, cet élément est responsable, lorsqu'il est rejeté dans le milieu naturel à trop forte concentration, du phénomène d'eutrophisation des eaux superfcielles. La mesure est effectuée grâce à une micro-méthode (mallette HACH).
Fig 29 : Phosphates (mg/L) des différents échantillons
Les effuents sont très chargés en phosphates, une déphosphatation, physico-chimique ou biologique sera donc nécessaire.
41
bac
de
lava
ge
(sa
von)
bac
de
lava
ge
(rin
çag
e)
Ea
u du
ré
seau
+ p
rod
uits
aux
ilia
ires
de
tein
ture
+ c
olo
rant
s
0
20
40
60
80
100
120
140
3,4 1,4
120,3
Phosphates
Échantillon
Pho
spha
tes
(mg/
L P
O4)
10) Caractéristiques de l'effuent de sortie
Les caractéristiques de l’effuent de sortie peuvent être déterminées en appliquant une moyenne pondérée par rapport au volume, les différents échantillons prélevés.
Selon les données techniques fournies par l’entreprise Fonty, 2/3 des effuents proviennent des bacs de teinture, et 1/3 des bacs de lavage et de rinçage.Ainsi l’effuent de sortie possède les caractéristiques suivantes :
DCO (mgO2/L) 1800DBO5 (mgO2/L) 600
pH 7Conductivité (μS/cm) 170
MES (mg/L) 11Chrome (mg/L) 0,03Cobalt (mg/L) 0,02
Fer total (mg/L) 0,5Nitrates (mg/L) 9,7Nitrites (mg/L) 23,5
Azote ammoniacal (mg/L) 10Phosphate (mg/L) 81
Tableau 4 : Composition de l'efuent de sortie
42
IV. ÉTUDE ET DIMENSIONNEMENT DES DIFFÉRENTES POSSIBILITÉS D'ASSAINISSEMENT
1) Système d'assainissement actuelLa flature FONTY rejette des effuents de lavage de la laine, de teinture et de rinçage.
Ces trois types d’effuents sont rejetés par un réseau souterrain dans la lagune située au nord de la flature, un dégrillage grossier est installé en amont du rejet. La lagune se situe sur la parcelle 274, et représente environ 1/5 de la surface totale de la parcelle qui est d’environ 1ha.
La surface de la lagune actuelle est estimée à 2000 m2 .
Le débit hebdomadaire d’effuents est de 170 m3. En partant sur une base de 5 jours d’exploitation par semaine, le débit journalier est de :
Qeff = 34 m3 / j
Emplacement actuel de la lagune
Fig 30 : Vue aérienne de la filature
Les eaux s’écoulant de la lagune sont directement rejetées dans le Cher, et si la lagune n’a pas les caractéristiques épuratrices requises, les polluants présents dans les effuents sont directement déversés dans le milieu naturel.
43
2) Prétraitement physico-chimique: coagulation-foculationUne coagulation foculation a été appliquée sur l’effuent de sortie. Les tests ont été effectués sur Jar Test.
Une gamme de concentration en chlorure ferrique a été appliquée pour 6 béchers :
Bécher 1 2 3 4 5 6Concentration
(mg/L) 30 100 160 230 295 325
Tableau 5 : Concentration en FeCl3 (mg/L) dans les différents béchers
Après ajout de chlorure ferrique l’agitation est réglée à 150 tr/min pendant 5 min.L’agitation est baissée à 35 tr/min pendant 15 min.Pendant 30 min les béchers décantent.
Une solution composée des échantillons de lavage (1/3) et des effuents de colorants (2/3) a été préparée pour simuler l’effuent de sortie. Une mesure de DCO sur cette solution donne une valeur de : DCO = 2008 mgO2/L, ce qui se rapproche de la valeur théorique calculée précédemment (1800 mgO2/L)Résultats :Des focs sont apparus dans les béchers 3 et 4. Ils sont peu nombreux et très petits.Les béchers 5 et 6 sont devenus troubles, surement à cause de la présence de microfocs.
Fig 31 : Infuence de la concentration en FeCl3 sur la DCO
44
0 50 100 150 200 250 300 3500
500
1000
1500
2000
2500
C oncentration en FeC l3 (mg /L )
DC
O (m
g/L
)
Les mesures de DCO ont été effectuées après décantation dans le surnageant.Le traitement par coagulation - foculation montre une bonne effcacité pour abattre la DCO.
Pour traiter l’effuent de sortie de la flature, un traitement à 300 mg/L de FeCl3 doit être utilisé. En effet pour ce taux de traitement le taux d’abattement est de 50%
Concentration (mg/L) taux d'abattement (%)30 2100 13160 34230 39295 49325 38
Tableau 6 : Taux d’abattement en fonction de la concentration en FeCl3
L’utilisation d’un prétraitement de coagulation – foculation permet de réduire effcacement la DCO, qui pose le plus grand problème pour le rejet de l’effuent.
Cette effcacité peut être augmentée par l’utilisation d’une électrocoagulation, méthode qui n’a pas pu être testée cependant.
Cette méthode présenterait l’avantage d’obtenir un bon taux d’abattement de la DCO, de réduire la production de boue, et de diminuer les réactifs à ajouter, réduisant les coûts d’exploitation et d’entretien.
45
3) Dimensionnement d'un procédé SBR
a) Volume
Le dimensionnement du volume du réacteur se réalise à partir de la charge massique qui dépend du rendement du réacteur souhaité et de la concentration en solide présent dans le réacteur.
Volume nécessaire
Avec :
Vnécessaire : Volume en m3
DBO5 : kgDBO5/jQ : Débit en m3/jCm : Charge massique en kgDBO5/kgMVS.jMVS : Concentration en biomasse dans le réacteur en g/L
La charge massique Cm est choisie de manière à imposer la rapidité de dégradation par rapport à la biomasse présente.
Pour traiter des effuents à faible charge on choisit Cm = 0.1 kgDBO5/kgMVS.j
La concentration de la biomasse (MVS) doit être constante. Elle doit être comprise entre 3 et 5 g.L-1 pour un fonctionnement idéal. Ici, elle sera fxée à 3,5 g.L-1.
Rayon du bassin
On fxe une hauteur de bassin raisonnable pour trouver le rayon du bassin selon la formule:
Avec :
r : rayon en m3 Vchoisi: Volume en m3
Hbassin : Hauteur du réacteur en mRemarque : si le rayon trouver donner une valeur aberrante, on recommence avec une
nouvelle hauteur de bassin
46
b) Aération
Le besoin en oxygène se calcule comme la quantité d’oxygène à fournir pour éliminer la pollution carbonée considérant que dans cas présent que la quantité d’oxygène à fournir pour éliminer la pollution azotée est négligeable.
Besoin en Oxygène
OUR : quantité d’Oxygène à fournir en kg O2/jDBO5 : kgDBO5/jMVS : masse en biomasse dans le réacteur en kga’ : coeffcient en kg O2/kg DBO5
b’ : coeffcient en kg O2/kg MVS.j
Le coeffcient a’ traduit la demande en oxygène pour éliminer 1 Kg de DBO. Il dépend de la charge massique choisie, ici a’ = 0,65.
Le coeffcient b’ traduit le besoin en oxygène de la biomasse pour survivre. Il dépend aussi de la charge massique choisie, ici b’ = 0,07.
Aération
OUR : quantité d’Oxygène à fournir en kg O2/jTransfert O2 : kg O2/m3.mH (fxé à 0,016)Hbassin : Hauteur du réacteur en m
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c) Dimensionnement
À l’aide des formules détaillées précédemment, le dimensionnement du SBR peut être réalisé :
Sur une base de 170 m3/semaine, en comptant 5 jours ouvrés, on obtient un débit de 34 m3/jr.
On a fxé la charge massique à 0. 1 kgDBO5/kgMVS.j, la teneur en biomasse dans le réacteur à MVS = 3,5 g/L.
La DBO5 est de 600 mg/L
On a alors un volume nécessaire pour le réacteur de 58m3.
Le besoin en oxygène OUR est de 390 kgO2/jr
2 solutions sont alors envisageables :- Construction d’un unique réacteur de 58 m3- Construction de 2 réacteurs de 29 m3 chacun.
Solution 1 : un unique réacteur de volume 15,7 m3 Si on choisit une hauteur de 6m de bassin on obtient un diamètre de bassin de 3,5m. Cette solution présente plusieurs désavantages.Un seul réacteur présente un risque en cas de panne de voir les effuents rejetés sans être traités. De plus les dimensions du système ne s’intégreraient pas dans le paysagePour un tel bassin l’aération devra être de 4065 m3/jr
Solution 2 : deux réacteurs de 7,8 m3 Cette solution mettrait en place 2 réacteurs de 4m de hauteur pour un diamètre de 3m.En plus d’être plus « discret » dans le paysage, en cas de panne d’un des réacteurs les effuents pourraient toujours être traités par le 2e réacteur.
Pour chacun des réacteurs l’aération devra être de 6100 m3/jr
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4) Association lagunage naturel / fltres plantés de roseaux Comme vu précédemment, une lagune est déjà présente sur le site. Ainsi, pour limiter
les coûts, elle sera conservée, et réhabilitée afn de garantir des taux d’abattement optimaux.
En se référant à la bibliographie de cette étude, une combinaison lagune/fltres plantés de roseaux verticaux est possible.
Au vu de la topographie du site, seule l’implantation d’un bassin fltrant en amont de la lagune est à envisager, étant donné que la lagune se trouve d’ores et déjà sur les rives du Cher. L’ajout d’un bassin fltrant en amont va permettre, d’une part, de fltrer les matières en suspensions plus particulièrement la DCO particulaire et d’autre part, d’oxyder les polluants. En effet, un milieu granulaire constitue un réacteur biologique servant de support aux bactéries aérobies, responsables de la pollution dissoute.
Si ce bassin est placé en amont, la lagune se verra également épurée, et l’eau rejetée au Cher assainie. Par ailleurs, un autre avantage de placer ce bassin en amont, est qu’il ne sera pas nécessaire d’installer un bassin de décantation. De ce fait, l'entreprise n’aura pas à traiter les boues primaires qui auraient été générées par le décanteur.
Néanmoins, il est à noter que la lagune actuellement en place ne nous est pas connue. Ses caractéristiques telles que sa profondeur, la nature de son socle et surtout ses capacités épuratrices actuelles n’ont pas encore été déterminées. Ces critères sont primordiaux pour établir une étude de faisabilité d’un tel projet.
Dimensionnement
Le standard de dimensionnement pour un bassin fltrant est de 1,2 m2/EHEn considérant qu’un EH rejette 150 L/j, le rejet de la flature est équivalent à 227 EH. On sur-dimensionnera légèrement en prenant 250EH (prise en compte de la pluviométrie)
Cette valeur est une approximation, étant donné que les effuents industriels rejetés ne sont pas des effuents domestiques et que seules des références de dimensionnement de traitement d’effuents domestiques ont pu être recueillis.
La surface d’un bassin fltrant doit donc être de 300 m2
Mais comme mentionné dans la bibliographie, le bassin ne doit pas être alimenté en continu ; des phases de repos sont nécessaires (au moins 3,5j/7 j). Comme la flature est en exploitation 5 jours par semaine, la temps de repos minimal est de 2,5 jours. Pour cette raison, deux bassins identiques doivent être installés sur cet étage.
Soit une surface totale de 600 m2
Composition d’un bassin
30 cm de gravier fn 2 à 8 mm pour la couche fltrante soit 18 m3 pour cette surface10 à 20 cm de gravier 5 à 10 mm pour la couche de transition soit 9 m3 pour cette surface en moyenne10 à 20 cm de gravier 20 à 60 mm pour la couche drainante soit 9 m3 pour cette surface en moyenne
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Les effuents sont répartis sur le fltre à hauteur d’un point de répartition pour environ 50 m2, soit 11 points de répartition. On placera 6 points de répartition sur chaque bassinLe débit moyen étant de 34 m3 , une couche d’eau de 9 cm se formera dans le bassin ce qui correspond aux lames d’eau standard dans ce type de système.Plusieurs types d’alimentations des fltres peuvent être envisagés :
La surface disponible en amont est plane. Avant excavation de la lagune fltrante, il est nécessaire de « relever » les eaux, afn qu’elles puissent s’écouler gravitairement.
50
Fig 32 : Alimentation par débordement « clos de cygne » via un réseau souterrain
Fig 33 : Alimentation aérienne, répartition en H
5) RhizosphèreNous avons choisi de réaliser un modèle classique de fltres à deux étages plantés de
roseaux verticaux, procédé de traitement très répandu en France (les fltres à écoulement horizontal sont encore à l’essai). Nous comparerons ce système à un procédé de réhabilitation de la lagune qui consiste en une association de la lagune déjà présente avec un étage de lits plantés de roseaux.
a) Les contraintes
Domaine d’application
Les fltres plantés de roseaux sont des installations destinées au traitement des eaux usées domestiques ayant une capacité inférieure à 2000 EH. Dans le cas de la flature de Fonty, les rejets peuvent être assimilés à une capacité de 250 EH.
Les contraintes géotechniques
La conception des ouvrages ne pourra se faire qu’après une étude approfondi des sols (nappe phréatique, inondabilité de la zone, perméabilité du sol).
La topographie et la surfaces disponibles
La topographie va conditionner l’implantation des ouvrages. Idéalement, l’effuent devrait s’écouler en suivant la pente naturelle du terrain.Les parcelles disponibles pour la construction ont une surface plane. Une pente de 1% sera imposée lors de la réalisation des bassins pour permettre un écoulement naturel des eaux des bassins du premier étage vers ceux du deuxième étage.Station à deux étages constituée de fltres à écoulement verticalConditions topographiques : 4 mètres de dénivelé sont généralement imposés entre le point d’entrée des eaux usées et le point de rejet dans le milieu naturel.Dans notre cas ce dénivelé sera réduit à 2m entre le point d’entrées des eaux usées et leur rejet dans le Cher.
Le milieu récepteur
Le texte de loi sur l’eau du 3 janvier 1992 régit la façon dont l’eau est rendue au milieu récepteur.Il faut également prendre en compte la possibilité d’infltration dans le sol.
b) Les données de base
Les fux hydrauliques
Le volume journalier d’effuent rejeté par un habitant est de 150 litres. Les rejets d’eaux usées de la flature s’élèvent à un débit de 34 m3.j-1. On peut donc assimilée la flature à une petite collectivité de 227 habitants. Cette valeur est surestimé de 10% avec l’apport pluviométrique soit une installation d’une capacité de 250 EH.Le dimensionnement doit prendre en compte de débit maximum journalier susceptible d’être reçu dans les années à venir. Les surfaces des installations en dépendront. Il faut également prendre en compte l’évolution de la perméabilité des sols qui sera inévitablement lié au développement de la biomasse épuratoire et des boues sur le massif fltrant au fur et à mesure des années.
51
Les niveaux de rejet
La qualité de l’effuent traité fuctue en fonction de la saison et des conditions de température.
Les stations à fltres plantés à deux étages, qu’elles soient à écoulement vertical ou horizontal (pour le 2ème étage), permettent d’atteindre un niveau d’épuration conforme au niveau D4 de la circulaire du 17 février 1997, soit une concentration moyenne en sortie sur 24 heures inférieure ou égale à :
o 25 mg.L-1 de DBO5o 125 mg.L-1 de DCOo 35 mg.L-1 MES
La déphosphation est négligeable dans ces installations quant à la dénitrifcation elle dépendra des conditions du milieu (taux de nitrifcation préalable, conditions anoxiques, apport de matière organique assimilable, temps de séjour).
Pour les fltres verticaux, la nitrifcation est souvent élevée notamment dans les fltres du deuxième étage. En dessous de 8°C les réactions sont fortement ralenties.
Pour les fltres horizontaux, le processus de nitrifcation est plus limité du fait du faible apport en oxygène. Cependant, on observe des résidus d’azote ammoniacal qui rejoigne le milieu récepteur et le pollue.
Concernant l’abattement des germes témoins de contamination fécale, il est assez limité pour les fltres plantés de roseaux.
c) Dimensionnement des Filtres à écoulement vertical
Etape de dégrillage
Une étape de pré-traitement aura une grande importance pour le bon fonctionnement du procédé. Il permet en effet l’élimination des particules grossières en fottation et en suspension, des sables, des excédents de graisses et d’huile. Il permet également de réguler le débit pour la suite du traitement.
Le dégrilleur est un élément indispensable, contrairement au dégraisseur. Un dégraisseur permet seulement d’éviter des problèmes de bouchage des pompes. Les graisses se dégradent sinon sur les fltres.
Le dégrilleur présente un écart de barreaux de 40 à 50 mm. La vitesse de passage de l’eau théorique ne doit pas dépasser 1.2 m.s-1 au débit max, ce qui ne risque d’être le cas pour l’installation ayant un débit faible.Les éléments suivants doivent être prévus :
o une dérivation en cas de colmatage du dégrilleuro un outil de raclage adapté à la largeur et à l’entrefer de la grilleo un bac d’égouttage et de stockage des déchets
Il est important d’établir des règles de sécurité lors de la maintenance de ces ouvrages.
L’alimentation du premier étage avec des eaux brutes
débits et volumesL’alimentation des fltres du premier étage se fait par bâchées, c'est-à-dire que les eaux usées avec leurs matières organiques sont stockées avant d’être réparties, à fort débit sur la surface des fltres.
L’idéal serait une alimentation gravitaire, avec siphons auto-amorçant adaptés, avec un débit suffsamment important pour assurer l’autocurage des conduites d’alimentation mais la topographie du site ne le permet pas.
Le débit doit être supérieur à 0.5 m3.h-1 par m-2 sachant que la vitesse d’infltration des eaux dans les sols est de l’ordre de 0.4 m.h-1 avec augmentation en été.
52
La diffculté est d’assurer un volume d’eau à chaque bâchée permettant d’obtenir une lame d’eau de 2 à 15 centimètres de hauteur (valeur optimale pour un bon rendement).Un système de vannage manuel ou automatique doit être disposé en aval du dispositif d’alimentation par bâchées afn d’assurer les phases d’alimentation et de repos des lits du premier étage.
Bac de rétention des eaux uséesUn bac de rétention des eaux de rejet sera dimensionné à 100 m3.
Alimentation par un poste de relevageLes pompes et canalisations sont adaptées au fuide qu’elles transportent. Elles sont équipées de dispositifs de sécurité en cas de dysfonctionnement et d’isolation thermique. Le diamètre nominal minimum des pompes et canalisations est le DN80. On prévoit au moins deux pompes au poste de relevage par sécurité, elles sont dimensionnées selon le volume.
L’alimentation et la répartition des eaux au deuxième étage
Le deuxième étage est alimenté avec les eaux sortant du premier étage de fltres plantés. Un réseau superfciel de tuyaux percés d’orifces non-enterrés peut apporter une répartition homogène de l’effuent pour une eau partiellement épurée. Il doit y avoir une certaine pression dans le système afn d’assurer l’écoulement des eaux à des points éloignés du point principal d’alimentation.
Les lits
Les dimensionsLes lits plantés de roseaux sont des systèmes généralement utilisés pour le traitement
des eaux résiduaires urbaines dans le cas de petites collectivités. Il est évident que la charge de pollution (DCO et DBO) pour ce type de population et pour une flature n’est pas la même. Cependant, cela n’intervient pas sur le dimensionnement des lits qui se basent, d’après la littérature actuelle, sur la quantité d’eau à traiter.Le nombre de lits au premier étage a été fxé à 3 pour un jour de fonctionnement par fltre et deux jours de repos. Et le deuxième étage a été fxé à 2 lits seulement.
Surface utile théorique
Surface unitaire Surface totale
Premier étage (3 lits en parallèle)
1.2 à 1.5 m2/habitant 300 m2 900 m2
Deuxième étage (2 lits en parallèle)
0.8 à 1.0 m2/habitant 200 m2 400 m2
Tableau 7 : Valeurs établies d’après de récents travaux (Molle, 2003)
Aux vues de plusieurs études de cas, nous avons établit une limite de lame d’eau admissible dans les fltres :
Paramètre Valeur uniformisée
Lame d’eau admissible à débit moyen (1er étage)
15 cm.j-1
Lame d’eau admissible à débit maxi (1er étage)
90 cm.j-1
Tableau 8 : Lame d'eau admissible
53
Les cloisons de délimitation des lits au sein d’un même bassin doivent être enfouies sur une profondeur minimum de 30 cm. Elles doivent être en matériaux rigides et résistants aux UV.Les matériaux
Pour le premier étage, on utilise des matériaux gravillonnaires de type matériaux concassés
Pour le second étage, on utilise du sable en surface (matériaux roulés : alluvionnaires), pour la rétention des matières en suspension, et des matériaux concassés en profondeur. Ces matériaux doivent être lavés avant leur utilisation pour la réalisation des fltres et leur teneur en fn (D<80 mu m) inférieure à 3% en masse.
Pour l’assemblage des couches, on applique les règles de TERZAGHI qui défnissent les conditions de transitions granulométriques.Ces valeurs sont à adapter selon les conditions épuratoires souhaitées :
Premier étage
Deuxième étage
54
Évacuation des bouesL’évacuation des boues du premier étage des fltres verticaux se fait tous les 10 à 15
ans environ. Ces boues sont fortement minéralisées et ne sont donc pas fermentescibles et valorisables en compost.Lors de la construction, il est important de prévoir des zones d’accès pour de gros engins qui viendront pour curer les lits et évacuer les boues (tracteurs, pelleteuses etc.).Les rampes d’alimentation doivent également pouvoir être enlevées lors de ces opérations.
d) Recommandations techniques
Etanchéité des sols
Une étude des sols doit être réalisée avant d’entreprendre la construction des fltres plantés de roseaux avant de savoir si il est nécessaire de réaliser une étanchéité des ouvrages artifcielle (par une géomembrane) ou non.Les fltres verticaux n’étant pas saturé en eaux, ont moins d’impact sur l’infltration des sols, ils requièrent donc une étanchéité moindre que les lagunes ou les fltres horizontaux.Si la perméabilité des sols est trop importante, il sera nécessaire d’assurer l’étanchéité des sols par un revêtement synthétique.La perméabilité des sols est à surveiller tout au long de l’exploitation des fltres plantés de roseaux.
Plantation des macrophytes
Les macrophytes sont préférentiellement plantés entre Mars et Septembre.Une densité minimale de 4plants/m2 doit être respectée, on peut également plantés des rhizomes (2noeuds) seuls à raison de 5 par m2.Pour le premier étage, la plantation sur la seule zone humidifée est utile, les rhizomes se développeront naturellement si le débit augmente.Pour le deuxième étage, grâce à la capillarité du sable, les conditions de développement sont dès la mise en service favorables pour l’ensemble de la surface des fltres.
e) Exploitation
Une installation de ce type doit faire l’objet d’une surveillance et d’un entretien régulier.Compte tenu du rythme d’alternance à adopter pour l’alimentation des massifs fltrants verticaux, un suivi hebdomadaire est nécessaire.On retrouve dans l’entretien :Opération Fréquence TempsEvacuation des refus de dégrillage
1 fois/semaine 1h
Examen des ouvrages dont vérifcation du fonctionnement des postes
2 fois/semaine 30 min
Alternance bi-hebdomadaire des massifs fltrants
1 fois/an
Arrachage d’éventuelles plantes indésirables
5 fois/an
Faucardage des roseaux 1 fois/an 40 hEntretien des abords de l’installation
5 fois /an 50 h
Tableau 9 : Synthèse de l'exploitation
55
6) Valorisation énergétique des eaux de teintureLes eaux issus du procédé de teinture sont rejetées à une température d'environ 90°C.
Ce rejet constitue une quantité de chaleur et donc d'énergie qu'il est possible de valoriser. En effet, une partie de cette chaleur pourrait permettre de préchauffer l'eau en entrée de chaudière, qui consommerait ainsi moins de foul.
La technique appropriée serait de mettre en place un échangeur de chaleur, appareillage couramment utilisé en industrie, entre l'eau de teinture avant rejet et l'eau entrant dans la chaudière. Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un fuide vers un autre, sans les mélanger: le fux thermique traverse la surface d'échange qui sépare les fuides.
Fig 34 : Échangeurs de chaleur
56
Conclusion
En défnitive, cette étude sur l'assainissement de la flature FONTY permet de donner différentes possibilités de flières de traitement.
Les produits de teinture utilisés présentent peu de concentration en métaux lourds, ce qui est logique puisque les produits utilisés sont récents et contiennent moins de produits toxiques. Seules de petites quantités de chrome et de cobalt sont rejetées dans des doses inférieures aux normes.
Le problème principal posé par les effuents est la forte teneur en DCO, en nitrate, nitrite, azote et phosphate. Le rejet de tels effuents dans le milieu naturel ne répond pas aux normes en vigueur et pose des problèmes environnementaux (possibilité d’apparition d’algues, eutrophisation, etc.). Ce problème est la conséquence de l’utilisation des produits de lavage, rinçage, et des produits auxiliaires de teinture.
Trois voies de traitement ont été abordées, une « classique » (procédé SBR) et deux « écologiques ». Les décideurs (M. AZNAR, collectivités territoriales...) doivent maintenant choisir le mode de traitement en fonction des différents critères notamment économiques. En effet, le procédé SBR est relativement couteux (investissement de départ et exploitation) par rapport à la phytoremédiation, d'autant plus qu'un système lagunaire déjà en place peut être réutilisée. Cette lagune, si elle est utilisée dans le nouveau traitement doit être précisément caractérisée.
D'autre part, la flature FONTY souhaite développer son image de marque, en particulier sur le fait qu'elle utilise au maximum des procédés écologiques. Il est également important de noter que l'impact paysager des flières de phytoremédiation est quasi nul.
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Références BibiliographiquesBilan de fonctionnement des procédés de traitement des eaux usées pour les stations d’épuration de petite capacité du bassin Loire-Bretagne – Recommandations pour l’exploitation des fltres plantés de roseaux à écoulement vertical et Synthèse bibliographique – 2004 – Agence de l’Eau Loire Bretagne, Offce International de l’Eau.
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État des lieux des systèmes d'épuration des petites collectivités –Filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal – Agence de l’Eau Rhin Meuse – Juillet 2007
« Évaluation d’un procédé de coagulation-foculation au chitosane pour l’enlèvement du phosphore dans les effuents piscicoles » , SODIM (2007)
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"Treatability studies with granular activated carbon (GAC) and sequencingbatch reactor (SBR) system for textile wastewater containing direct dyes" Suntud Sirianuntapiboon (2007)
Ecole Nationale Supérieure des mines de Sait-Etienne: http://www.emse.fr/
Entreprise Lenntech: http://www.lenntech.fr/
www.infoterre.brgm.fr
www.geoportail.fr
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