DIMENSIONNEMENT DULAGUNAGE Réalisé par: Asmae MALIKI Ayoub CHBALATE Khalid OUAKS Encadré par: Mme. MOUHIR Université Hassan II Faculté des sciences et technique Mohammedia Année universitaire 2011/2012 plan Introduction Définition du lagunage Dimensionnement des lagunes Bassin anaérobie Bassin facultatif Bassin de maturation Conclusion INTRODUCTION Définition du lagunage Le lagunage est une technique développée en France en 1970. Il s’agit d’un lent écoulement de l’eau dans un à plusieurs bassins étanches peu profonds appelés lagunes, et dans de grandes surfaces où prolifèrent des bactéries et d’autres organismes vivants. DIMENSIONNEMENT DU LAGUNAGE Le dimensionnement consiste à déterminer le volume, la surface des lagunes ainsi que le rendement d’épuration à la sortie du traitement. Le dimensionnement requière la connaissance des paramètres suivant : Débit (Q, m3/j) Charge en DBO X (mg/l) Température de design (T, °C) Nombre de coliformes fécaux par 100 ml : Nc. Nombre d’oeufs d’helminthes : He. Bassin anaérobie Les bassins anaérobies reçoivent les eaux usées brutes, la charge organique y est très élevée et explique l'absence d'oxygène dissout. Ce type de bassin fonctionne un peu comme une fosse septique à ciel ouvert et est utilisé comme première opération de traitement pour les eaux fortement chargées. Les matières décantables présentes dans les eaux usées se déposent sur le fond pour former les boues et subissent une digestion anaérobie. Parfois, une couche d'écume se forme à la surface. Il n'est pas nécessaire de l’enlever car elle contribue notamment au maintient de l'anaérobiose. Critères de conception : Cv : 100 – 300 g/m3/j Ts : 4 – 5 j, avec un minimum de 3 jours Profondeur des bassins : 3 – 4 m avec un maximum de 5 m, Cs : > 1000 Kg/hectare/j Nombre de bassins en parallèle : minimum 2 Calcul de la charge volumique Cv = (X0 . Q) / V avec: Cv : charge volumique (g/ m³ /j) X0 : concentration initiale (mg/l) de DBO Q : débit à l’entrée du bassin (m³/j) V : volume du bassin ( m³) Température (°C) Charge volumique (mg/l/jr) T<10 10<T<20 T>20 100 20T-100 300 La variation de Cv dans un bassin anaérobique en fonction de la température Sachant la profondeur qui varie entre 3et 4m, de la lagune, on détermine sa surface : S(A)=V(A)/P(A) S(A) :surface du bassin anaérobie(m2) V(A) :volume du bassin anaérobie(m3) P(A) :profondeur de bassin anaérobie(m) Le temps de séjour représente le temps moyen nécessaire à un élément pour passer au travers d'un système à l'équilibre ce paramètre est déterminé à partir de la formule suivante : ts(A)=V(A)/ Q(A) V(A): volume du bassin (m3) Q(A): débit à l’entrée du bassin (m3/j) La demande biochimique en oxygène à la sortie de la lagune est calculée en fonction de la température dans le bassin anaérobie Xs(A)=Xe(A)*(1-T(A)) Xs(A):la DBO à la sortie du bassin (mg/l) Xe(A):la DBO à l’entrée du bassin (mg/l) T(A):la température du bassin (°C) Le rendement en termes d’élimination de DBO5 entre l’entrée et la sortie du bassin d’anaérobie est déterminé à partir du Tableau suivant : La variation du rendement d’épuration en fonction de la température Température (°C) Rendement sur la DBO5(%) T≤10 10<T≤20 T>20 40 2*T+20 60 Bassin facultatif Les bassins facultatifs ont une charge organique plus faible que celle des anaérobies. l'oxydation aérobie bactérienne se déroule en symbiose avec la photosynthèse algale, en dessous de l'oxypause, la digestion anaérobie continue. Les bassins facultatifs sont souvent de couleur vert foncé à cause de la présence abondante d'algues. A partir de dioxyde de carbone, de lumière et d’eau, les algues produisent de l’oxygène qui est utilisé par les bactéries aérobies afin d’oxyder la matière organique. Les bactéries, en dégradant la matière organique, produisent du dioxyde de carbone, ce dernier étant nécessaire et utilisé pour la photosynthèse algale. Un bassin facultatif est donc un réacteur algo-bactérien dans lequel une sorte de symbiose existe (pendant la journée) entre les algues et les bactéries aérobies. L'oxygène nécessaire à l'oxydation bactérienne aérobie vient d'une part des algues photosynthétiques et d'autre part de l'air (du vent) au travers de la réaération de surface (réoxygénation naturelle de la surface du bassin). Le schéma de fonctionnement d'une lagune facultative est présenté ci-dessous. Critères de conception : Cs : 200 – 250 Kg/hectare/j ts : 15 – 30 j, Profondeur des bassins : 1,2 – 2 m, Nombre de bassins en parallèle ou en série : min 2 Abattement en DBO5 : 70 à 80%. La charge surfacique est fonction seulement de la température : Cs = 350 * (1.107 – 0.002T) (T-25) Cs : la charge surfacique de bassin facultatif(Kg/ha/j) T : la température du bassin facultatif (°C) La surface est proportionnelle à la DBO à la sortie du bassin anaérobie et au débit, selon l’équation suivante : S(F) =Xs(A)*Q(F)*10/Cs(F) S(F) : la surface du bassin facultatif (m2) Xs(A) : la DBO à la sortie du bassin anaérobie(mg/l) Q(F) : le débit à l’entrée du bassin facultatif(m3/j) Cs(F) :la charge surfacique du bassin anaérobie(Kg/m/j) Pour pouvoir calculer le temps de séjour dans les bassins facultatifs, il faut choisir la profondeur moyenne des eaux usées dans les bassins , cette valeur est prise entre 1 et 2 m. on calcule le temps de rétention hydraulique par la formule: ts(F)= 2*P(F)*S(F)/((2*Q)-(0,001*e*S(F)) ts(F) : temps de séjour (j) P(F) :la profondeur du bassin facultatif (m) S(F) :la surface du bassin facultatif (m2) Q : le débit à l’entrée du bassin facultatif(m3/j) e : Évaporation net Si ts(F) < 5jours : On prend ts(F) = 5jrs et on recalcule la profondeur P par la relation: S(F)=5*Q(F)/ P(F) S(F): la surface du bassin facultatif(m2) Q(F):le débit à l’entrée du bassin facultatif (m3/j) P(F) :la profondeur du bassin facultatif(m) Le temps de séjour est d’environ 15jours et au maximum ne doit pas dépasser 30 jours. La DBO de l’effluent à la sortie du bassin facultatif est la même que celle de l’entrée du bassin de maturation : Xs(F)= Xs(A)/(1+Ta(F)*ts) Xs(F): La DBO à la sortie du bassin facultatif (mg/l) Xs(A): La DBO à la sortie du bassin anaérobie(mg/l) Ta(F) : Taux d’abattement de la DBO dans le bassin facultatif ts: temps de séjour (j) Le taux d’abattement de la DBO5 Ta au niveau du bassin facultatif dépend uniquement de la température est déterminé par : Ta(F) = 0.1*(1.05) (T-20) Ta(F): le taux d’abattement de la DBO T:la température dans le bassin facultatif(°C) Pour une eau qui va être jetée dans le milieu naturel la DBO à la sortie du bassin Xs(F) doit être inférieure à 120 mg/l, si ce n’est pas le cas il faudra augmenter ts jusqu’à avoir Xs(F)=120 mg/l. Si l’eau traitée va être utilisée pour l’irrigation, certains paramètres doivent être calculés : nombre de coliformes fécaux par 100ml : Cfs = Cfs(A)/ [(1+Kcf*ts(A))*(1+Kcf*ts(F))] Cfs: nombre de coliformes fécaux à la sortie du bassin facultatif Kcf :le taux d’abattement des coliformes fécaux ts :temps de séjour dans le bassin facultatif Le taux d’abattement des coliformes fécaux kcf dépend uniquement de la température Kcf=2,6*1,19 ^(T-20) Les œufs d’helminthe: Hes = Hee(F) (1- kHe(A)) (1- kHe(F)) kHe=1-0.41E(-0.49t+0.0085t^2) Hes : Nombre d’oeufs d’helminthes à la sortie du bassin facultatif Hee : Nombre d’oeufs d’helminthes à l’entrée du bassin facultatif kHe: taux d’abattement des œufs d’helminthe Bassin de maturation Ces bassins sont vivement recommandés lorsqu’il s’agit d’améliorer la qualité microbiologique de l’effluent très peu chargé provenant d'un bassin facultatif voire d'un autre bassin de maturation. La taille et le nombre de bassins de maturation dépend des normes de rejet ou de la qualité microbiologique souhaitée. Dans ces bassins, il n'y a pas de réelle stratification biologique et physico-chimique comme dans les lagunes facultatives. La faible profondeur des lagunes de maturation (de 1 à 1,5 mètres) est indispensable afin de maintenir le bassin en conditions d'aérobiose et de permettre aux rayons du soleil de pénétrer jusqu'au fond du bassin. Le but premier des bassins de maturation est l'enlèvement des pathogènes qui repose sur la sédimentation et sur le soleil : Les spores, les kystes et les oeufs de pathogènes sont éliminés par sédimentation et se retrouvent emprisonnés dans les boues. Les bactéries et autres microorganismes pathogènes sont très sensibles aux rayons ultra-violets (UV) provenant soleil. En plus de fournir ces UV, le soleil accentue la photosynthèse alguale, ce qui a pour effet de consommer rapidement le dioxyde de carbone et d'augmenter le pH du bassin. Les rayons UV combinés à un pH élevé sont donc responsables de l'élimination des pathogènes. l'eau à la sortie du bassin de maturation est clair et ne présente aucune odeur, elle sera ensuite évacuée dans le milieu récepteur. Critères de conception : Cs : 100 – 140 Kg/hectare/j, Ts : 3 – 10 j, Profondeur des bassins : 1 – 1,2 m, 1ére étape : Calculer le temps de séjour hydraulique minimal dans le premier bassin de maturation tsmin avec la formule suivante : Avec: N M1: : le niveau d’eaux usées dans le bassin de maturation Xs : la DBO à l’entrée du bassin (mg/l) Cs : charge surfacique (kg/m/j) 2iéme étape : Si l’eau traitée sera utilisée pour l’irrigation de la récolte il faudra déterminer le nombre de coliformes fécaux par 100 ml.et de oeufs d’helminthe par litre selon les formules suivantes: Coliformes fécaux: CF(M1): Nombre de coliformes fécaux dans le premier bassin de maturation Kcf: taux d’abattement de coliformes fécaux Tsmin(M):temps de sejour minimum(j) OEufs d’helminthe: Hes(M1) = Hee(fac)(1 –K He ) Hes(M1): Nombre d’oeufs d’helminthes He: nombre d’œufs d’helminthes Khe : taux d’abattement d’oeufs d’helminthes Rq: Si le nombre de coliformes fécaux et des oeufs d’helminthes sont supérieurs à ceux requises par la norme d’irrigation, on ajoute d’autres bassins selon les étapes suivantes : 3iéme étape : Résoudre l’équation pour des n=1,2,3 …. jusqu’à ce que : ts(M) soit < ts(M)min Avec : t mmin= 5 jrs au Maroc Le calcule de la surface de chaque bassin de maturation prend en compte le niveau des eaux usées des bassins de maturation NM1,NM2,….NMn entre 1 et 1.5m . Premier bassin de maturation (M1) : Qe(fac)=Qe(A)-(0.001*e*S(fac) Qe(F): débit d’entrée dans le bassin facultatif(m3/j) Qe(A):débit d’entrée dans le bassin anaérobie(m3/j) S(F):surface du bassin facultatif(m2) e: évaporation net Deuxième bassin de maturation M2: L’entrée du deuxième bassin c’est la sortie du premier bassin. Qe(M1)= Qe(fac) -(0.001*e*SM1) La surface du troisième bassin et des bassins de maturation qui suivent sont calculées de la même façon. conclusion Il faut bien maitriser le dimensionnement et plus exactement savoir adapter la conception aux dispositions locales notamment la disponibilité du terrain, contraintes financières et d'autres considérations afin d'assurer le bon fonctionnement du lagunage pour avoir les meilleurs rendements possibles à long terme. Merci de votre attention