REACTEURS ALGO BACTERIENS

LE LAGUNAGE

DESCRPTION /FONCTIONNEMENT /DIMENSIONNEMENT

Il est recommandé que cette filière ne reçoive que des effluents domestiques.

Il est souhaitable que la concentration initiale des eaux usées à traiter ne dépasse pas 300 mg de DBO5 par litre en moyenneannuelle.

C’est une filière simple, rustique, écologique, fiable et peu onéreux du fait de son fonctionnement non mécanisé, avec des résultats performants en matière de décontamination

C’est une forme naturelle et souple de traitement biologique des eaux usées

C’est une filière qui comporte une série de bassins

q les eaux usées contiennent entre 200 et 300mg DBO5 par litre

BASSIN ANAEROBIE

BASSIN FACULTATIF

BM BMExutoireOu réutilisation

PRETRAITEMENT

Cette filière reçoit directement les eaux usées brutes

En tête du premier bassin, une unité de pré-traitement permet une séparation mécanique simple de certains déchets : il évite ainsi un comblement accéléré des bassins. On distingue trois actions pour le pré-traitement:

• Un d é g r i l l e u r : barreaux inclinés espacés de 4 cm pour retenir les gros objets ;

• Un déssableur qui permet le dépôt des sables et des graviers au fond d'une fosse ;

• Une zone de déshuilage mécanique qui permet de retenir les graisses et les déchets flottants grâce à une cloisonsiphoïde.

q les eaux usées contiennent une DBO5 < 200 mg par litre

BASSIN FACULTATIF BM BM

Exutoire

Ou

Réutilisation

Les eaux usée brutes ont passé par un décanteur digesteur ou par une fosse septique

Profondeur du basin anaérobie: 2,00 à 5,00m

Profondeur du basin facultatif: 1,00 à 2,00m

Profondeur du basin de maturation: 1,00 à 1,50m

Temps de séjour dans le basin anaérobie: 1 à 2 jrs

Temps de séjour dans le facultatif:

Temps de séjour dans le basin de maturation: 4 à 12 jrs

De façon générale le mécanisme sur lequel repose le lagunage est la photosynthèse.

La couche d’eau supérieure des bassins est exposée à la lumière; ce qui permet l’existence d’algues qui produisent l’oxygène nécessaire au développement et au maintien des bactéries aérobies.

Ces bactéries sont responsables de la dégradation de la matière organique.

Le CO2 formé par les bactéries et les sels minéraux contenus dans les EU permettent aux algues de se multiplier.

Il y a prolifération de deux populations interdépendantes: les bactéries et les algues planctoniques (plantes microphytes)

Ce cycle s’auto entretient tant que le système reçoit de l’énergie solaire et de la matière organique.

En fond de bassin là où la lumière ne pénètre pas, ce sont des bactéries anaérobies qui dégradent les sédiments issus de la décantation de la matière organique: il y a production de gaz carbonique –CO2- et de méthane –CH4-.

L’épuration des eaux usées dans un système de lagunage résulte d’une combinaison complexe de processus physiques, chimiques et biologiques qui sont influencés par les conditions météorologiques

BASSINS ANAEROBIES Ils permettent de stabiliser les boues

Ils reçoivent des charges de pollution élevées (exprimées en DBO5)

À cause de la profondeur et de la formation d’une croute en surface, il n’y a aucune activité aérobie dans ce bassin.

La pollution y subit une sédimentation puis une digestion anaérobie

§ hydrolyse des composés organiques en composés à courte chaîne (acides carboxyliques) § ces composés à courte chaîne sont transformés en gaz: méthane, gaz carbonique et sulfure d’hydrogène

DIMENSIONNEMENT DE BASSINS ANAEROBIEIls sont recommandés en tête de filière quand la concentration de l'influent en DBO5 est > 200 à 300 mg / l

1- Calcul de la masse journalière – Mj- de pollution ( DBO5 ) à traiter

Ø Soit Qj le volume journalier Eaux usées entrant – influents - dans le B. A.

Ø Soit Li la concentration en pollution des influents

DIMENSIONNEMENT DE BASSINS ANAEROBIEIls sont recommandés en tête de filière quand la concentration de l'influent en DBO5 est > 200 à 300 mg / l

1- Calcul de la masse journalière – Mj- de pollution ( DBO5 ) à traiter

Ø Soit N le nombre d’eqh

Ø Soit m la masse de DBO5 produite par un eqh par jour

2- Calcul du volume Va nécessaire de B.A.

Soit λv la charge organique (masse de pollution) que peut traiter un m3 de B.A.

T° C λv (g/m3/j)

% DBO5

éliminé

<15° C

15 ≤ T ≤ 20°C

T > 20° C

100

20xT – 100

300 à 400

40

2xT+10

60

Calcul du temps θa de séjour des inf luents dans le B.A.

BASSINS FACULTATIFS Ils sont le siège d’activités aérobies et anaérobies

Les matières dissoutes et colloïdales y sont oxydées par des bactéries aérobies ou facultatives utilisant l’oxygène de l’air ou l’oxygène produit par les algues qui se développent à la couche superficielle.

Les matières décantables sédimentent pour donner des boues qui entrent dans la décomposition anaérobie avec production de méthane et d’autres composés réduits qui migrent vers la surface où ils sont oxydés

Le gaz carbonique résultant de l’oxydation des MO sert de source carbone aux algues

DIMENSIONNEMENT DES BASSINS FACULTATIFS -B.F.-

Ils sont dits primaires quand ils sont en tête de station: ils reçoivent directement les eaux usées peu chargées en DBO5.

Ils sont dits secondaires quand ils sont placés à l’aval d’un B.A. (ils reçoivent les effluents des B.A.)

1- Calcul de la masse journalière – Mj- de pollution ( DBO5 ) à traiter Ø Soit Qj le volume journalier des influents du B.F.

Ø Soit Li la concentration en pollution des influents du B.F.

2- Calcul de la surface Af nécessaire de B.F.

Ø Soit λs (kg de DBO5 /ha.j) la charge organique (la masse de pollution ) que peut traiter un m2 de plan d’eau B.F. (surface exposé à l’atmosphère)

λs (kg/ha/j) = 15xT – 50 si le B.F. est primaireλs (kg/ha/j) = 10,5xT – 35 si le B.F. est secondaire

Ø Soit Mj (kg de DBO5 /j) la masse journalière de pollution à traiter

L’abattement de la DBO5 au sortir du B.F. varie entre 70 et 80 %

3- Calcul du temps θf de séjour des influents dans le B.F. ØSi il n’y a pas d’évaporation

Ø Si il y a évaporation

Af : superficie du bassin en m2

e : évaporation en mm /j

Qj : débit entrant en m3/j

Vf : volume du B.F.

DIMENSIONNEMENT DES BASSINS DE MATURATION –B.M.-

Ils sont conçus pour l’élimination des germes pathogènes. Ici les Coliformes Fécaux sont pris comme indicateurs de présence de germes pathogènes

DIMENSIONNEMENT DES BASSINS DE MATURATION –B.M.-

1- Calcul du nombre de Bassins de maturation

+ +(1 += n

mfTai

e

KKNN

)1())x K(11

T θθθ

Ni : concentration en CF des influents (entrée) du B.M. Ne : concentration en CF des effluents (sortie) du B.M.KT : Constante cinétique d’élimination des germes KT = 2,6 x 1,19(T-20) T, température exprimée en degré Celsius n = Nombre de bassins de maturation

2- Calcul du temps θm de séjour des influents dans un B.M.

Si il y a évaporation

Am : superficie du bassin de maturation en m2

e : évaporation en mm/j Qj : débit entrant en m3/j Vm : volume du B.M. 3j <θm< θf

λm1 < λmf ; λm1 = charge de DBO5 (kg/ha/j) dans le 1er B.M.

Si pas d’évaporation

selon le document technique FNDAE n°22 « filières d’épuration adaptées aux petites collectivités »Cette approche s’appuie sur l’observation du fonctionnement de lagunages installés depuis 15 ans en France

– Premier bassin –BA- (6 m2/EH): abattement de la charge polluante carbonée;En sortie de ce bassin, la concentration en algues microscopiques peut être importante ;

– deuxième bassin –BF- (2,5 m2/EH): abattement de l’azote, du phosphore et une réduction de la concentration en algues ;

– troisième bassin (2,5 m2/EH) continue l’abattement obtenu dans le deuxième bassin.

Le fractionnement de ce troisième bassin en trois unités contribue à obtenir une décontamination d’ordre sanitaire intéressante.La profondeur des trois bassins est de 1 m environ pour répondre à plusieurs contraintes : - éviter la pousse des végétaux supérieurs (macrophytes),

- permettre une pénétration de la lumière et donc une oxygénation suffisante,

- et limiter les effets d’une éventuelle stratification thermique des bassins.

Mise en œuvre q L’étanchéité des bassins de lagunage est un paramètre essentiel pour le bon fonctionnement des lagunes.ØUne mauvaise étanchéité risque d’entraîner une pollution de la nappe phréatique par percolation des eauxusées.

Ø De plus, les bassins peuvent ne pas se remplir correctement, ce qui empêche le fonctionnement hydraulique normal des lagunes.

Mise en œuvre q La forme des bassins doit être régulière. Les formes anguleuses sont en effet le siège de dépôts importants et favorisent les zones mortes réduisant le volume actif. La forme doit éviter les cheminements préférentiels d’eau et les courts-circuits. Le premier bassin devrait avoir une forme ramassée. Un ratio longueur/largeur < 3 est recommandé.

L’installation de by-pass fixes faciliterait les opérations de curage et d’éventuelles opérations d’entretien et d’exploitation.

un dispositif de trop plein, pallierait à d’éventuels dysfonctionnements d’une canalisation de sortie de lagune.

VARIANTES (FNDAE n°22)

Le lagunage à macrophytes : dans les années 70-80, l’usage de végétaux enracinés (joncs, roseaux, massettes) dans une lagune d’une hauteur d’eau de 30 cm avait été encouragé en vue d’améliorer la qualité du rejet grâce à une diversification poussée de l’équilibre biologique.

Le gain de qualité n’ayant jamais pu être démontré dans la réalité à partir d’un échantillon de lagunages à macrophytes en fonctionnement, désormais, la plantation de végétaux n’est plus conseillée du fait de la surcharge d’exploitation clairement établie.

VARIANTES (FNDAE n°22)

L’infiltration-percolation à l’aval d’un lagunage améliorerait la qualité du rejet sur les paramètres MES mais aussiDCO filtrée.

Les essais sur pilote ont permis de proposer des bases de dimensionnement qui n’ont pas encore été validées en taille réelle. A terme, cette association lagunage + infiltration-percolation devrait se développer.

VARIANTES (FNDAE n°22)

L’infiltration-percolation à l’aval d’un lagunage améliorerait la qualité du rejet sur les paramètres MES mais aussiDCO filtrée.

Les essais sur pilote ont permis de proposer des bases de dimensionnement qui n’ont pas encore été validées en taille réelle. A terme, cette association lagunage + infiltration-percolation devrait se développer.

Le lagunage naturel "avec petite aération" : l’installation d’une aération mécanique dans la première lagune est une solution préventive ou curative du virage bactérien de ce bassin.

Il s’agit, pour simplifier, de maintenir un potentiel d’oxydoréduction suffisamment élevé et non d’apporter une quantité d’oxygène calculée.

La puissance unitaire des appareils doit donc être très faible pour éviter la remise en suspension des boues tout en assurant un brassage de surface réduisant les effets d’une stratification thermique.

AVANTAGES DU LAGUNAGE

Le lagunage présente trois principaux avantages en terme d’économie, d’écologie, d’aménagement du territoire. q Économie: • entretien moins coûteux et moins long• Pas besoin de raccordement électrique• pas besoin de personnel qualifié pour l’exploitation

q écologie le lagunage développe tout un écosystème qui contribue à accroître la biodiversité

q Aménagement du territoire Le lagunage s’intègre facilement à l’environnement paysager

INCONVENIENTS

q Emprise au sol importante

q contraintes de nature de sol et d’étanchéité

q variation saisonnière de la qualité de l’eau traitée

q élimination incomplète de l’azote et du phosphore

q difficultés d’extraction des boues

q impossibilité d’effectuer des adaptations en exploitation ce qui implique que les conceptions intègrent au maximum les contraintes attendues