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Production des boues
Le traitement des eaux usées en station d’épuration produit une eau épurée, rejetée dans le milieu naturelle et une concentration désigne sous le terme de « boues » ou « boues résiduaires ». Au cours d’une épuration biologique les boues apparaissent généralement à deux niveaux :
Les plus grosses particules solides se déposent au fond du décanteur primaire et forment les boues primaires ;
Les particules fines dispersées est ces substances dissoutes sont fixées et métabolisées par les bactéries qui se multiplient en présence d’oxygène au cours de l’opération d’aération.
Origine des boues
Les boues sont composées de particules solides non retenues par les prétraitements. Elles sont essentiellement composées d’eau (environ 99%), de matières minérales en suspension, de matières organiques non biodégradables et de microorganismes, ces derniers résultant de l’épuration biologique. Parmi les boues, on distingue les boues urbaines et les boues industrielles. Les premières sont produites dans les stations d’épuration traitant des effluents dits « urbains », c’est-à-dire majoritairement des eaux usées d’origine domestique. Les secondes sont issues du traitement d’eaux usées industrielles. Selon l’origine urbaine ou industrielle de la boue et les traitements physico-chimiques, qu’elle a subis, ses caractéristiques et donc son comportement seront différents. Dans ce travail, nous n’exposerons que les boues d’origine urbaine . Les boues peuvent être issues des différentes techniques.
Epaississement par égouttage
Différents dispositifs peuvent être utilisés (tambours, poches filtrantes, grilles d’égouttage), mais la grille d’égouttage est l’appareil qui allie à la fois simplicité d’emploi et fiabilité.
Cet appareil à fonctionnement continu est placé directement au refoulement de la pompe d’alimentation en boues fraîches. La boue, préalablement floculée au polymère de synthèse, est épandue sur un champ horizontal de grille fine raclée en permanence par des lames en caoutchouc.
La concentration des boues augmente progressivement en avançant sur le champ de grille, le réglage est optimal lorsque la boue ne contient plus d’eau libre en fin de parcours.
Le débit de la pompe à boue, de l‟injection du polymère ainsi que la vitesse de raclage sont réglables. Le lavage de la grille est réalisé de façon cyclique au moyen de pulvérisation d’eau sous pression.
L’apport d’agent de floculation s’effectue à travers un mélangeur statique placé en aval de la pompe à boues. La consommation de polymère est relativement élevée (5 à 8 kg/tonne de MES) mais cette dépense demeure faible sur de petites stations, surtout eu égard aux avantages que présente cet épaississement :
Soutirage direct de boues en excès peu concentrées depuis la recirculation en boues urbaines ; Réduction de 2 à 3 fois du volume de stockage des boues avant leur reprise en agriculture ; Réduction dans les mêmes proportions du coût de transport des boues.
Avantages du séchage solaire
Système adapté pour les stations de petites et moyennes capacités de moins de 100.000 EH, le séchage solaire s’est rapidement imposé comme une solution efficace permettant de répondre aux attentes des collectivités dans le respect des contraintes réglementaires, en offrant un choix multiple de débouchés pour le traitement des boues d’épuration.
Il permet:
la réduction du volume (les volumes de boues sont réduits de 3 à 5 fois): l’influence est directe sur le coût de transport et sur le stockage ;
l’hygiénisation : les températures et les temps de séjour entraînent généralement l’élimination des micro-organismes au cours séchage ;
la stabilisation : la diminution de la teneur en eau, rendant toute activité biologique impossible, stabilise la boue sèche ;
la réduction des odeurs émises : le stockage de la boue sèche n’engendre pas de problèmes d’odeurs, contrairement à celui de la boue fraîche ;
l’augmentation du pouvoir calorifique des boues qui peut être intéressant en vue d’une incinération; la mise en forme accompagnant le séchage : une mise en forme (granulée) de la matière séchée est souvent possible, facilitant transport et manutention ;
un bilan environnemental positif puisqu’il n’y a pas d’émission de gaz à effet de serre, de plus la consommation énergétique n’est que de 20 à 80 kWh électriques par tonne d’eau éliminée (contre 700 à 1000 kWh thermiques/t d’eau évaporée – 70 à 120 kWh électriques / t d’eau évaporée pour les procédés conventionnels de séchage thermique).
Ce procédé réussit à convaincre bon nombre de collectivités grâce à ses très bonnes performances, comparables à celles du séchage thermique poussé (siccité finale comprise entre 60 et 80 %), et à un moindre coût en investissement, mais aussi grâce aux faibles coûts de fonctionnement qu’il engendre. En effet, les installations fonctionnent en mode entièrement automatisé, sans nécessiter de surveillance permanente, ce qui leur confère une grande souplesse d’utilisation et d’exploitation par l’exploitant. Aucune manipulation dans la serre n’est nécessaire grâce aux systèmes de retournements de boue, les exploitations ne requièrent que quelques heures de main d’œuvre par semaine (ou par jour, selon les périodes de l’année) pour acheminer et évacuer les boues .
Stabilisation des boues
Les boues de stations, en grande proportion à caractère organique, sont instables dans la mesure où des fermentations s’y développent, qui elle sont à l’origine d’une mauvaise qualité des eaux et de nuisances olfactives. La stabilisation vise donc à réduire le taux de matières organiques de manière à empêcher ou tout du moins limiter les fermentations.
La stabilisation, qui n’est pas effectuée de manière systématique, a pour but d’éviter une reprise de la fermentation des boues qui entraînerait des nuisances olfactives. Dans le même temps, le taux d’agents pathogènes est réduit dans des proportions qui varient selon le type de traitement. On distingue les stabilisations biologique, chimique et thermique.
Dans la stabilisation biologique, les boues primaires et les boues activées en excès sont souvent mélangées, elles présentent une tendance à la fermentation, on aère ce mélange avec l’air ou de l’oxygène, on assiste alors à une minéralisation de la matière organique en Co2, ce procédé permet l’élimination de certains parasites, cette technique résume la digestion aérobie, tandis que pour la digestion anaérobie, et qui a bénéficié d’une grande publicité, permet une production des gaz combustibles, elle consiste à favoriser le développement des bactéries méthanifères qui agissent en anaérobie sur la matière organique en la décomposant en produisant le méthane, selon Maes, ce procédé peut être important pour certaines cultures lorsqu’on prévoit l’utilisation agricole.
Table des matières
Introduction générale
PRIEME PARTIE : A New Natural Method for Sludge Drying of Wastewater Treatment
Station– Case Study: Algeria
CHAPITRE I : Recherches bibliographiques
Introduction
I.1 Production des boues
I.2 Origine des boues
I.2.1 Le lagunage naturel ou aéré
I.2.2 Disques biologiques
I.2.3 les lits bactériens
I.2.4 les boues activées
I.3 Procédé de séchage
I.3.1 Le séchage partiel
I.3.1.1 Epaississement
I.3.1.1.1 Epaississement par décantation ou épaississement statique
I.3.1.1.2 Epaississement par flottation
I.3.1.1.3 Epaississement par égouttage
I.3.1.1.4 Epaississement par centrifugation
I.3.1.2 La déshydratation
I.3.1.2.1 Déshydratation mécanique : filtration – compression
I.3.1.2.1.1 Filtration
I.3.1.2.1.1 .1 Procédé filtre bande
I.3.1.2.1.1 .2 Le procédé Filtre presse
I.3.2 Le séchage total
I.3.2.1 par voie naturelle
I.3.2.1.1 Lits de séchages (non plantés)
I.3.2.1.2 Lits de séchages plantés de roseaux
I.3.2.2 par voie thermique
I.3.2.2.1 Séchage solaire
I.3.2.2.1.1 Avantages du séchage solaire
I.3.2.2.1.2 Contraintes du séchage solaire
I.3.2.2.2 Le séchage par rayonnement
I.3.2.2.3 Séchage par séchoirs
I.3.2.2.3.1 Séchoirs développés pour les matériaux pâteux
I.3.2.2.3.2 Séchoir à palettes
I.3.2.2.3.3 Séchoir à couche minces
I.3.2.2.3.4 Séchoir pneumatique compact
I.4 La congélation
I.5 Stabilisation des boues
Conclusion
CHAPITRE II :Définition et mise en œuvre du protocole expérimental de séchage des boues de STEP
Introduction
II.1 Localisation
II.2 Capacité de traitement des boues
II.3 Fonctionnement
II.3.1 Prétraitement
II.3.2 Traitement biologique
II.3.3 Décantation secondaire
II.3.4 Traitement des boues
II.3.4.a Epaississement des boues
II.3.5 Lits de séchage des boues
II.4. Boues résiduaires
II.4.1 Boue prélevée au niveau de l’épaississeur
II.4.2 Boue prélevée au niveau des lits de séchage
II.5 Présentation de la société des ciments de Hadjar-soud (S.C.H-S)
II.5.a Les principaux moyens de production
II.5.1 Procédé de fabrication :(Préparation du cru)
II.5.2 Procédé de fabrication : Cuisson(Clinkérisation)
II.5.3 Procédé de fabrication : Broyage clinker
II.5.4 Procédé de séchage : Atelier de séchage laitier
II.5.5 Contrôle de la qualité en cimenterie
II.6 Les différents types de déchets naturels utilisés dans les séchages
II.6.1 Farine de ciment
II.6.2 Brique réfractaire (brique réfractaires magnésienne)
II.6.2.1 Four rotatif
II.6.2.2 Matériaux
II.6.3 Le bois
II.6.3.1 Composition chimique du bois
II.6.4 Définition des trois déchets de l’usine de ciment Hadjar-soud
II.7 Le matériel et procédé de préparation des matériaux pour le séchage
II.7.1 Procédé de fabrication des produits utilisés pour le séchage
II.7.1.a Outils et équipement de mesure et de pesées
II.7.1.b Boues de la STEP de Souk-Ahras et différents déchets de la cimenterie de Hadjar-Essoud
II.7.1.c Les conditions expérimentales
II.7.2 Procédé de préparation des matériaux pour le séchage
II.7.3 Teneur en matières sèches ou siccité (MS)
II.7.4 Mélange et choix des substrats
II.8 Analyse et interprétation
II.8.1 Analyse d’impact Eco environnemental
II.8.2 Contraintes et perspectives du recyclage de FBRM
II.8.3 Les possibilités éco- environnementales de la farine de ciment ( FC)
Conclusion
DEUXIEME PARTIE : Valorisation conjuguée de l’eau usée épurée à la fumure composite « B.S.STEP/R.F.C.C »: Approche expérimentale sur culture de pomme de terre : (Cas d’un sol sablo-argilo-limoneux de la vallée de la Medjerda – Nord Est Algérien)
Chapitre III : Caractéristiques et impacts éco environnementaux des déchet des STEP
Introduction
III.1 Les eaux usées
III.1.1 Origine et qualité des eaux usées
III.1.2 Qualité des eaux usées de la STEP de Souk Ahras
III 1 .3. Les métaux lourds dans les eaux usées de STEP
III.2 Les boues des STEP
III.2.1 Caractéristiques et devenir
III.2.2 La mise en décharge
III.2.3 L’incinération
III.2.3.1 Les techniques d’incinération des boues
III.2.3.2 Les risques sanitaires liés à l’incinération des boues
III.2.4 L’épandage des boues
III.2.4.1 L’épandage sur les sols agricoles
III.2.4.2 Epandages sur sols non agricoles
III.2.4.3 Valorisation en matières fertilisantes
III.2.5 Impact des boues sur l’environnement
III.2.5.1 Réactions physico-chimique
III.2.5.2 Réactions biologiques
III.2.5.3 Risques sanitaires de l’épandage des boues
III.2.6 Composition des boues
Conclusion
CHAPITRE IV -Caractéristiques physico chimiques du sol
Introduction
IV.1 Les paramètres physiques et chimiques
IV.1.1 La température C°
IV.1.2 Le pH
IV.1.3 La conductivité électrique (CE)
IV.1.4 La matière organique (MO)
IV.1.5 Les éléments chimiques nutritifs et majeurs
IV.1.5.1 Potassium (K)
IV.1.5.2 Calcium (Ca)
IV.1.5.3 Magnésium (Mg)
IV.1.5.4 Sodium (Na)
IV.1.5.5 Azote (N)
IV.1.5.6 Phosphore (p)
IV.1.6 Métaux lourds dans les sols
IV.1.6.1 Généralités
IV.1.6.2 Origine de la contamination des sols par les métaux lourds
IV.1.6.2.1 Le cadmium
IV.1.6.2.2. Le plomb
IV.1.6.2.3. Le zinc
IV.1.6.2.4. Cuivre (Cu)
IV.1.6.2.5 Nickel (Ni)
IV.1.6.2.6. Chrome Cr
IV.1.6.3. Les normes
IV.1.7. Comparaison des teneurs en ETM de certains engrais et produits utilisés en agriculture
IV.2. Aperçu socio économique de la valorisation des produits issus des stations d’épuration
IV.2.1. Types d’engrais utilisés
IV.2.2. Cout des engrais
Conclusion
Chapitre V : Etude expérimentale des fumures composites conjuguées à l’eau usée : essais sur pomme de terre en sol alluvial sablo argilo limoneux
Introduction
V. 1. Localisation et caractéristiques climatiques du site expérimental
V. 2. Méthode et principes de réparation des échantillons
V.3 Méthode de prélèvement d’échantillons de sol
V.3.1 Outils de prélèvement
V.3.2 Matériel adapté
V.3.3 Exécution du prélèvement élémentaire
V.3.4 Utilisation de la tarière
V.3.5. Utilisation de la sonde
V.3.6. Utilisation d’une pioche et d’une pelle bêche
V.3.7 Constitution de l’échantillon pour laboratoire
V.4 Méthodes
V.5 Organisation et description du champ expérimental
V.6 Caractéristiques physico-chimiques du sol du site expérimental
V.6.1. Condition expérimentales et hypothèses d’analyse et d’interprétation des résultats
V.6.1.1 Conditions expérimentales et hypothèses
V.7 Interprétation des résultats pour l’épandage
V.7.1 Analyses et interprétation des rendements
V.8 Valorisation éco environnementale des boues de STEP
V.9 Etude des ETM dans le sol
V.9.1 Résultats
V.9.2 Interprétation
V.9.2.1 ETM plomb
V.9.2.2 ETM Cadmium
V.9.2.2 ETM Zinc
Conclusion
CONCLUSION GENERALE
Bibliographie
Annexe
