Rapport Pfe 2009_fin

Présenté par :

GUEHI JUDICAEL ZEHIA LUCIEN-SERGE

Elèves Ingénieurs des Travaux Publics

Encadreur :

DR N’GUESSAN BI TOZAN

MICHEL

Enseignant à l’INP-HB

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de

la Recherche Scientifique

Cycle Ingénieur de Conception

REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE

Année Académique 2008- 2009

DIMENSIONNEMENT D’OUVRAGES

D’EPURATION D’EAUX USEES DE LA

COMMUNE DE YOPOUGON PAR LA

METHODE DES BOUES ACTIVEES

Dimensionnement d’ouvrages d’épuration d’eaux usées de la commune de Yopougon par la méthode des boues activées

Guéhi Judicaël et Zéhia Lucien-Serge/ Elèves Ingénieurs des Travaux Publics 2

SOMMAIRE

AVANT PROPOS 3

REMERCIEMENTS 4

INTRODUCTION 5

1. Contexte 5 2. Objectifs et enjeux 5 3. Problématique 6 4. Démarche adoptée 6

Chapitre 1 : Description de la filière de traitement 7

I. Composition des eaux usées et dangers associés 8 1. Les eaux usées domestiques : un réservoir de pollution 8 2. Paramètres de quantification de la pollution 9

II. Traitement des eaux usées 10 1. Système des boues activées 10

2. Différentes étapes du traitement des eaux usées 10 3. Caractéristiques de la station d’épuration 11

Chapitre 2 : Dimensionnement des ouvrages 14

I. Données de base 14

II. Détermination des charges polluantes 14 1. Estimation de la population 14 2. Charge hydraulique 14 3. Concentration de MES, DBO5, NH4

+ et PO43- 15

III. Ouvrages de traitement primaire et secondaire des eaux usées 15 1. Dessableur 15 2. Décanteur primaire 16

3. Bassin d’aération 16 4. Décanteur secondaire 16

5. Age des boues 17 6. Puissance des aérateurs 17

7. Capacité des pompes de succion 18 8. Volume des digesteurs 18

IV. Ouvrages de traitement des boues 18

Chapitre 3 : Note de calcul 20

CONCLUSION 32

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 33



AVANT PROPOS

L’Ecole Supérieure des Travaux Publics (ESTP) est l’une des six écoles de l’Institut National Polytechnique Houphouët-Boigny (INP-HB), créé le 4 Septembre 1996 par décret

n°96-678 suite à la restructuration et à la fusion des quatre grandes écoles de Yamoussoukro (ENSA, ENSTP et INSET).

L’ESTP comprend un cycle Techniciens Supérieurs et un cycle Ingénieurs de Conception. Des stages pratiques dans le milieu professionnel ainsi que des mini-projets sont

intégrés à la formation des élèves ingénieurs. L’élève ingénieur en fin de cycle, fort des connaissances théoriques ainsi que de

l’expérience acquise au cours de ses différents stages, est amené à travailler sur un « Projet de Fin d’Etudes » (PFE) pour une durée de quatre (4) semaines.

Il s’agit pour les futurs ingénieurs, au cours de ce projet, de faire la synthèse de leurs connaissances et de procéder à des recherches aux fins de satisfaire le besoin exprimé au

travers du thème soumis à leur réflexion.

C’est à cet effet que nous avons été amenés à traiter le sujet portant sur « Dimensionnement d’ouvrages d’épuration d’eaux usées de la commune de Yopougon

par la méthode des boues activées ».



REMERCIEMENTS

Nous voudrions à travers ces quelques lignes exprimer notre gratitude à toutes les personnes physiques ou morales sans l’intervention desquelles la tâche qui nous a incombé concernant

ce projet se serait avérée ardue. Il s’agit en l’occurrence de : La Direction de l’ESTP, pour la formation de qualité qu’elle assure aux futurs

ingénieurs ;

Dr N’GUESSAN Bi Tozan Michel, notre encadreur, pour sa disponibilité tout au long de ce Projet de Fin d’Etudes ;

M. ASSOA N’Da, Agent au Service Etudes et Travaux de la Direction de l’Hydraulique Humaine, pour sa sollicitude et son aide précieuse ;

Toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin au bon déroulement de ce

Projet de Fin d’Etudes.



INTRODUCTION

1. Contexte

Abidjan, capitale économique de la Côte-d’Ivoire n’a cessé de voir sa population croître depuis l’indépendance et bien plus encore depuis la crise de Septembre 2002. Estimée à cent-vingt mille (120 000) habitants en 1955, elle avoisine aujourd’hui les quatre millions

(4 000 000).

Toutefois, les infrastructures sanitaires n’arrivent pas à suivre le rythme effréné de l’urbanisation et l’industrialisation de la ville. Le Plan Directeur d’Assainissement d’Abidjan de 1976 a adopté le système séparatif comme

mode de collecte des eaux pluviales en lagune sans traitement dans les exutoires les plus proches. Quant à l’assainissement des eaux usées, le système comporte un collecteur de base

(primaire), des réseaux (secondaires, tertiaires) et une station de prétraitement. Dans la phase finale de ce plan, les eaux usées de la ville d’Abidjan seront évacuées par ce

collecteur de base et rejetées en mer par un émissaire après avoir subi un dessablage et un déshuilage à la station de prétraitement de Koumassi-digue.

Actuellement une bonne partie des eaux usées de la ville d’Abidjan, notamment des quartiers Nord, Centre et Sud (Abobo, Port-Bouët, Adjamé, Plateau, Treichville, Marcory, Koumassi) est évacuée par ce collecteur. Cependant les zones Ouest c’est-à-dire le Plateau du Banco

(Yopougon et partie Est d’Attécoubé) et Est (Riviera) n’étant pas encore raccordées, les rejets des eaux usées se font toujours dans la lagune sans traitement. A ces pollutions bactériennes

et organiques s’ajoutent les pollutions industrielles. En ce qui concerne le Plateau du Banco, une approche dont l’étude de faisabilité a été faite

par la Coopération Japonaise (JICA) était de poser des intercepteurs qui devront se raccorder sur un collecteur en attente pour les acheminer à la station de relevage du Pont De Gaule ; les

travaux dont les débuts étaient prévus pour l’année 2003 avaient été évalués à 14 milliards de FCFA.

C’est dans ce contexte que se situe notre projet de dimensionnement d’ouvrages d’épuration

des eaux usées de la commune de Yopougon par la méthode des boues activées.

2. Objectifs et enjeux

A terme, notre étude devra aboutir à la caractérisation des ouvrages de prétraitement,

de traitement primaire et de traitement secondaire d’une part ; et de traitement des boues issues de l’épuration des eaux usées d’autre part. Et ceci à travers :

le dimensionnement du dessableur; du décanteur primaire, du réacteur et du décanteur secondaire ;

la détermination de l’âge des boues ; le calcul de la puissance des aérateurs ; le calcul de la puissance des aérateurs ;

le calcul des quantités de boues primaires et biologiques ; le calcul des capacités des pompes de succion (excès et recyclage) ;



le calcul du volume des digesteurs de boues ; la caractérisation de la filière de traitement des boues : épaississement,

stabilisation, conditionnement, déshydratation, valorisation.

En outre, le dimensionnement d’une station d’épuration dans la commune de Yopougon doit

permettre d’assurer l’autonomie de gestion dans cette partie du District d’Abidjan.

3. Problématique

Yopougon, dont la population est aujourd’hui estimée à près d’un million (1 000 000)

d’habitants est la commune la plus peuplée du District d’Abidjan. Il va sans dire que cette importante présence humaine s’accompagne d’une considérable consommation d’eau et donc

d’une production de déchets qui lui est proportionnelle. Cependant, la commune de Yopougon n’étant pas raccordée au réseau d’assainissement de la ville d’Abidjan, ses rejets d’eaux usées se font directement dans la lagune sans traitement. Vu la recrudescence du phénomène de

pollution de la lagune qui tend à dégrader la qualité du plan d’eau de la ville d’Abidjan non sans en ternir l’aspect esthétique, l’on pourrait s’interroger sur l’établissement d’un procédé

de traitement des eaux usées, notamment celui des boues activées, avant leur rejet dans la lagune. En d’autres termes, comment résorber le problème de la pollution de la lagune ? En particulier si l’on doit épurer les eaux usées produites dans la commune de Yopougon par la

méthode des boues activées, quelles seront les dimensions des ouvrages de traitements primaire, secondaire ainsi que ceux du traitement des boues issues de cette épuration ?

Nous tenterons d’apporter des éléments de réponse à ces interrogations tout au long de ce rapport. Pour ce faire nous décrirons la filière d’épuration d’eaux usées par la méthode des boues activées.

4. Démarche adoptée

Pour mener à bien notre étude, les rejets d’eaux usées ont été évalués à partir de la consommation d’eau potable domestique et administrative de la commune de Yopougon en

considérant un abattement de 20%. Les ouvrages ont été dimensionnés avec le débit ainsi calculé pondéré par un coefficient de pointe. Les choix technologiques concernant les

différents ouvrages découlent des informations recueillies à l’issue de la recherche documentaire.



CHAPITRE 1 :

DESCRIPTION DE LA FILIERE DE TRAITEMENT



I. Composition des eaux usées et dangers associés

Les eaux usées sont d’origines diverses, notamment domestique, administrative,

industrielle ou encore des grands ensembles tels que les hôpitaux ou encore les casernes. Il convient de noter que dans le cadre de notre projet, les ouvrages de la station d’épuration

seront dimensionnés sur la base des rejets d’origines domestique et administrative exclusivement.

1.-Les eaux usées domestiques : un réservoir de pollution

Les eaux usées domestiques peuvent être distinguées comme suit :

les eaux vannes, qui correspondent aux eaux de toilettes ; les eaux grises qui correspondent à tous les autres usages : lessive, vaisselle,

douche ou bain, etc. La composition des eaux usées d’origine domestique peut être extrêmement

variable, et dépend de trois facteurs :

la composition originelle de l’eau potable, qui elle-même dépend de la composition de l’eau de la source de captage, de la qualité du traitement de cette

eau, des normes sanitaires du pays concerné, de la nature des canalisations, etc. ; les diverses utilisations par les particuliers qui peuvent apporter un nombre quas i

infini de polluants : produits d’entretien, lessives mais aussi solvants, peintures,

colle, etc. les utilisateurs eux-mêmes qui vont rejeter de la matière organique dans les

égouts (urines et fèces). Les eaux usées domestiques contiennent des polluants sous forme de matières en

suspension décantables, sous forme colloïdale, et sous forme dissoute. Et en fonction de ses caractéristiques chimiques, biologiques et du danger sanitaire, la pollution contenue dans les

eaux domestiques peut être classée en trois groupes : les matières en suspension, les matières dissoutes, et les germes pathogènes.

Les matières en suspension (MES)

Ce sont toutes les matières non solubles en suspension dans l’eau. Ces matières sont

biodégradables pour la plupart. Elles donnent également à l’eau une apparence trouble, un mauvais goût et une mauvaise odeur. Les matières en suspension décantables sont éliminables

sous forme de boue appelée boue primaire dans un ouvrage de décantation.

Les matières dissoutes (MD)

Les matières dissoutes sont :

soit des sels minéraux nutritifs (potassium K+, phosphates et nitrates)

Leur présence dans les eaux usées peut avoir un impact négatif sur la santé humaine et la qualité des eaux superficielles et dans une moindre mesure un impact bénéfique sur les

cultures dans le cas d’une réutilisation agricole. Le potassium (K+) présent dans les effluents permet de couvrir une partie des

besoins nutritionnels des plantes.

Les phosphates (PO43-) en cas d’excès se fixent dans le sol. Ils peuvent alors être

entraînés par l’érosion et participer au phénomène d’eutrophisation.

Les nitrates (NO3-), qui permettent de fournir de l’azote à la plante, sont les plus

problématiques. En effet, apportés en excès, ils peuvent avoir plusieurs impacts négatifs :



- sur les cultures car ils entraînent des retards de maturation, une altération de la qualité, etc.

- sur le milieu naturel, étant les principaux responsables de l’eutrophisation des

milieux aquatiques ; - sur la santé humaine en ce qu’ils peuvent être à l’origine de la formation de nitrites

(NO2-)et de nitrosamines, responsables de deux phénomènes potentiellement pathologiques :

la méthémoglobinémie et un risque de cancer. Les nitrites sont de puissants oxydants qui ont la capacité de transformer l’hémoglobine en méthémoglobine, rendant le sang incapable de

transporter l’oxygène jusqu’aux tissus. Les nourrissons de moins de 6 mois représentent une population à risque.

soit des matières organiques

Elles contribuent à la demande biochimique en (DBO) et à la demande chimique (DCO) des effluents. Le processus d'élimination le plus économique des matières organiques

reste les procédés biologiques. Ces procédés transforment les matières dissoutes, d'une part en les oxydants, et d'autre part, en un excès de boues biologiques qui doit être séparé par décantation puis traité.

Les microorganismes

Les microorganismes comprennent, par ordre croissant de taille : les virus, les

bactéries, les protozoaires et les helminthes. Ils proviennent dans leur immense majorité des matières fécales. On distingue la flore entérique (i.e. intestinale) normale et les micro-organismes pathogènes. Ils ont des effets divers sur la santé : ils sont la cause d’infections

bénignes (gastro-entérite par exemple) comme de maladies mortelles (choléra). Les micro-organismes pathogènes s'attaquent à l'homme selon trois voies de

contamination classiques :

la contamination par ingestion qui est la plus commune ;

la contamination par inhalation ;

la contamination par voie cutanée.

2.-Paramètres de quantification de la pollution

Les eaux usées sont des milieux extrêmement complexes, aussi se réfère-t-on à quelques paramètres pour les caractériser. Ils sont généralement exprimés en mg/L.

Les matières en suspension (MES) : c’est la fraction non dissoute de la pollution. Les arrêtés ministériels français de 1994 et 1995 relatifs aux conditions de détermination de la qualité

minimale d’un rejet d’effluents urbains précisent : « Les matières en suspension, et particulièrement la fraction décantable de celles-ci, peuvent

constituer, à l’aval du rejet, des dépôts qui empêchent la vie d’une faune et d’une flore benthiques normales et qui dégradent la qualité de l’eau sous-jacente par le produit des fermentations. Les MES contribuent aussi à déséquilibrer le milieu aquatique en accroissant la

turbidité et peuvent avoir un effet néfaste direct sur l’appareil respiratoire des poissons. »

La demande biologique en oxygène (DBO) est un paramètre global qui exprime la quantité d’oxygène qu’une biomasse épuratrice va consommer pour décomposer les matières



organiques contenues dans l’effluent. Elle est donc représentative de la somme des matières organiques biodégradables. Elle est généralement mesurée en 5 jours (DBO5).

La demande chimique en oxygène (DCO) est, elle, représentative de la quantité de matières organiques oxydables par voie chimique. Le rapport entre ces deux paramètres peut donner

une idée de la biodégradabilité de l’effluent. L’azote peut se trouver sous forme minérale (ammoniacal, nitrate) ou organique. La présence

d’azote organique ou ammoniacal se traduit par une consommation d’oxygène dans le milieu naturel et par une entrave à la vie des poissons.

Le phosphore peut également se trouver sous forme minérale (en provenance des lessives ou des rejets industriels) ou organique. Élément indispensable à la vie des algues, la présence de

phosphore entraîne un risque d’eutrophisation du cours d’eau ou du lac, c’est-à-dire que celui-ci peut se voir envahi par un développement excessif de la population algale.

II. Traitement des eaux usées

1.-Système des boues activées

Le procédé à boues activées a été développé à l’origine par ARDEN et LOCKETT en

1914 au Royaume-Uni et consiste en une intensification du processus d’autoépuration des cours d’eau. Il repose sur la constatation suivante : une eau d’égout dans laquelle on fait barboter de l’air voit se développer rapidement une flo re bactérienne au détriment des

matières organiques polluantes présentes. Le principe du procédé consiste donc à provoquer le développement d’un floc bactérien dans

un bassin alimenté en eau usée à traiter (bassin d’activation) en brassant suffisamment le milieu pour éviter la décantation des flocs et en lui fournissant l’oxygène nécessaire à la prolifération des microorganismes.

2.-Différentes étapes du traitement des eaux usées

Le traitement des eaux dans la station d’épuration à boues activées du projet se fera

suivant les étapes suivantes dans l’ordre chronologique : prétraitement, traitement primaire et traitement secondaire.

Prétraitement

Tout traitement de dépollution doit comporter ce qu’il est convenu d’appeler un « prétraitement » qui consiste en un certain nombre d’opérations mécaniques ou physiques

destinées à extraire le maximum d’éléments dont la nature et la dimension constitueraient une gêne ultérieurement. Ces opérations sont : le dégrillage, le dessablage et le déshuilage. Toutefois dans le cadre de notre projet, il sera uniquement dimensionné l’ouvrage de

dessablage.



Traitement primaire

Les traitements primaires sont constitués par des techniques physiques de

séparation par décantation gravitaire des matières solides du liquide qui les contenait, processus faisant appel à la grosseur et au poids spécifique des particules.

La décantation primaire présente un intérêt certain en épuration dans la mesure où sans addition préalable de réactifs chimiques, elle assure l’élimination par sédimentation des matières en suspension décantables (qui présentent une taille généralement supérieure à 50 μ).

Elle garde toujours l’avantage essentiel du coût d’élimination le plus faible de la DBO5 en exploitation, tout en permettant une réduction de la pollution des effluents bruts :

de 40 à 60 % des matières en suspension

et 25 à 40 % de la DBO5 et DCO.

La décantation primaire s’accompagne d’une phase d’aération durant laquelle un bassin d’aération contenant la biomasse épuratrice est alimenté en oxygène et le mélange eau usée-biomasse régulièrement brassé afin de favoriser la formation du floc bactérien.

Pour que l’épuration soit optimale, il faut fournir l’oxygène nécessaire pour satisfaire les besoins, mais encore s’assurer que cet élément atteint toutes les cellules actives et peut les

pénétrer. Les systèmes d’aération ont alors deux importantes fonctions à remplir :

introduire une quantité déterminée d’oxygène dans l’eau, nécessaire à la

satisfaction des besoins correspondant à l’oxydation des matières polluantes apportées par l’effluent, et à la destruction des matières cellulaires lors de la phase

de respiration endogène ;

brasser la suspension de boues activées pour en assurer l’homogénéité et

éviter les dépôts.

Traitement secondaire

Le traitement secondaire ou la clarification consiste en la séparation du floc

biologique et de l’eau épurée. Elle s’effectue dans un clarificateur (décanteur secondaire) où l’eau épurée est évacuée en surverse par goulotte alors que les boues sont récupérées au fond de l’ouvrage pour être recirculées dans le bassin de boues activées et, pour une partie (boues

en excès), envoyées au traitement des boues.

En outre, il peut être appliqué un traitement tertiaire à l’effluent issu de la filière de traitement.

3.-Caractéristiques de la station

Afin de maîtriser le flux de matières polluantes, nous dimensionnerons une station composée de deux (2) unités de traitement. Le débit d’eaux usées étant réparti de façon égale entre ces deux unités.

Chaque unité est autonome et comprend :

un dispositif de prétraitement composé d’un (1) dessableur ;

un dispositif de traitement primaire composé d’un (1) décanteur primaire et d’un

(1) réacteur (bassin d’aération) ;



un dispositif de traitement secondaire composé d’un clarificateur ou décanteur

secondaire ;

un dispositif de traitement des boues fraîches et en excès composé d’un (1)

bassin d’épaississement, d’un (1) digesteur aérobie et d’un (1) filtre à bandes

presseuses pour la déshydratation.



CHAPITRE 2 : DIMENSIONNEMENT DES

OUVRAGES



I. Données de base

Eaux brutes

DBO5 soluble : 2/3 DBO5

Matières volatiles : 80% MeS

Niveau de rejet

DBO5 : 10 mg/L

MeS : 10 mg/L

NH4+ : 4 mg/L

Charge hydraulique superficielle

décanteur primaire = 30-70 m3/ (m².j)

décanteur secondaire = 20-40 m3/ (m2.j)

Temps de séjour hydraulique

décanteurs primaire et secondaire : 3 heures

bassin d’aération : 8 heures

Concentration de boues

primaires : 2%

biologiques : 1,0%

Teneur en liqueur mixte : 3000 mg/L

II. Détermination des charges polluantes

1. Estimation de la population

Disposant des données du recensement général de la population et de l’habitat de 1998, nous estimons la population de Yopougon des années 2009, 2014, 2019 et 2024 en considérant un taux d’accroissement de 4% (appliqué à la ville d’Abidjan selon l’INS) en

utilisant la formule suivante :

Pn : population à l’année considérée P98 : population en 1998

T : taux d’accroissement de la population m = année considérée – 1998

2. Charge hydraulique

La charge hydraulique représente le débit total d’eaux usées à traiter. Elle est calculée à partir de la consommation d’eau potable domestique et administrative. Pour ce qui est de la

consommation domestique, elle a été évaluée en considérant une consommation spécifique d’eau en L/hab.*j :



En définitive la charge hydraulique vaut :

3. Concentrations de MES, DBO5, NH4+ et PO4

3-

Les ratios de pollution suivants sont prévus au plan d’assainissement de 1971 en Côte-

d’Ivoire :

DBO5 = 35 g/ (hab.*j)

MES = 80 g/ (hab.*j)

NH4+ = 15 g/ (hab.*j)

PO43- = 80 g/ (hab.*j)

On détermine alors le flux de matières polluantes qui arrivent à la station :

La concentration des matières en est déduite par suite :

III. Ouvrages de traitement primaire et secondaire des eaux usées

1. Dessableur

Le dessablage a pour but d’extraire des eaux brutes les graviers, sables et particules plus ou moins fines, de façon à éviter les dépôts dans les canaux et conduites, à protéger les

pompes et autres appareils contre l’abrasion, à éviter de surcharger les stades de traitements suivants.

Le domaine usuel du dessablage porte sur les particules de granulométrie supérieure à 200μ. Une granulométrie inférieure sera du ressort de la décantation. On calcule la section du dessableur de manière que la vitesse de l’eau ne descende pas au-dessous de

0,30 à 0,20 m/s ; on évite ainsi que les matières organiques se déposent en même temps que les sables.

Nous avons opté pour un dessableur rectangulaire aéré. Cet ouvrage est calculé avec un temps de séjour d’environ 3 à 5 minutes, une charge hydraulique d’environ 70 m3 d’eau par m2 de surface libre et par heure.

Il a été dimensionné en utilisant les formules de calcul suivantes :

Temps de séjour : Ts= 3 à 5 minutes Charge hydraulique superficielle : CHS ≤ 70 m3/m2.h Débit unitaire (m3/j) : Qu = Q/2 ; Q : débit d’eaux usées à traiter

Surface (m2) :



2. Décanteur primaire

La décantation a pour a pour but d'éliminer les particules en suspension dont la

densité est supérieure à celle de l'eau. Ces particules (Φ>50μm) s'accumulent au fond du bassin sous l’effet de leur poids et en sont extraites périodiquement.

Notre choix s’est porté sur un décanteur circulaire avec racleur de boues. Il a été dimensionné comme suit :

Temps de séjour : Ts=3 heures Charge hydraulique superficielle : CHS = 30-70 m3/m2.j

Surface (m²) :

Volume (m3) : V = Qu*Ts

Profondeur du décanteur (m) :

4%≤pente≤10%

3. Bassin d’aération

Le bassin d’aération (réacteur) constitue le cœur même du procédé, dans lequel

s’effectue le métabolisme bactérien à l’origine du phénomène aboutissant à l’épuration. Il est caractérisé par sa charge massique (Cm) qui s’exprime par le rapport entre la

pollution appliquée journellement, en kg DBO5, et la masse de matière épuratrice, en kg de poids sec des boues contenues dans le réacteur biologique. Ainsi on a :

avec Cm en kg DBO5/kg MeST/j

V (m3) : volume du bassin d’aération St (kg/m3) : concentration en MeST des boues en aération

Lo (mg/L) : concentration moyenne en DBO5

Q (m3/j) : débit journalier d’eaux résiduaires à traiter Lo* Q (kg DBO5/j) : charge polluante journalière traitée

Par suite les boues étant en faible charge (i.e. Cm = 0,1 kg DBO5/kg MeST/j), la

concentration en MeST des boues étant donnée et la charge polluante journalière déterminée on en déduit le volume du bassin d’aération. Nous avons choisi un bassin d’aération circulaire à insufflateurs d’air. Ainsi on a :

Temps de séjour : Ts=8 heures

Surface (m²) :


4. Décanteur secondaire

Son dimensionnement est le même que celui du décanteur primaire. Temps de séjour : Ts=8 heures

Charge hydraulique superficielle : CHS = 20-40 m3/m2.j

Surface (m²) :

Volume (m3) : V = Qu*Ts




4%≤pente≤10%

5. Age des boues

L’âge des boues se définit comme étant le temps de rétention moyen des bactéries

dans le réacteur biologique. Il s’exprime comme étant le rapport de la quantité de boues en aération par la quantité de boues extraite par jour. Ainsi on a :

Xv : concentration des boues en aération V : volume du bassin d’aération

Am : kg de biomasse détruite par kg DBO5 B : fraction massique détruite par jour

6. Puissance des aérateurs

Les équipements du bassin d’aération ont un double but : apporter aux microorganismes aérobies l’oxygène dont ils ont besoin et provoquer une homogénéisation

ainsi qu’un brassage suffisant aux fins d’assurer un contact intime entre la biomasse épuratrice, les éléments polluants et l’eau oxygénée. Ces équipements consistent souvent en un appareil ou un ensemble d’appareils placés dans le

bassin d’aération. On distingue ainsi : Les aérateurs de surface

Les systèmes d’aération par air surpressé Les systèmes d’aération à base de pompe

Notre choix s’est porté sur des aérateurs par air surpressé avec disque poreux DP 230. Ils présentent les avantages suivants :

Une bonne résistance à la plupart des produits chimiques agressifs concentrés ; De fines bulles ( ) qui restent plus sensibles et mieux consommées ;

La granulométrie choisie assure un bon compromis entre un rendement d’oxygénation suffisamment élevé et la pérennité de fonctionnement ;

Une profondeur de 3 à 8 m admise.

Par ailleurs, le dimensionnement des fines bulles se fait comme suit :

Rendement d’oxygénation R = 15 à 30 %

Capacité d’oxygénation (kg O2/kWh) :

Apport spécifique nominal (kg O2/kWh) : 2,20 – 3,20 Apport spécifique effectif (kg O2/kWh) : ASE = ASN * coefficient nominal

Puissance nécessaire (kW) :

Puissance théorique (kW) : 70 kW, 75 kW, 90 kW, 100 kW (choix)

Nombre théorique d’aérateurs :

Nombre réel d’aérateurs : choix Apport horaire (kg O2/h) :



Puissance spécifique pour des boues activées d’effluents domestiques (W/m3) : 30 –40

7. Capacité des pompes de succion des boues

Cette capacité est fonction de la quantité de boues produite par jour :

8. Volume des digesteurs de boues

La station étant à faible charge, nous avons opté pour une digestion aérobie des boues. Le

volume nécessaire à la digestion est déterminé comme suit :

IV. Ouvrages de traitement des boues

Les corps polluants et leurs produits de transformation retirés de la phase liquide au cours du traitement se trouvent finalement rassemblés dans des suspensions plus ou moins concentrées qualifiées de « boues en excès ». Ce sont des déchets fermentescibles

et nauséabonds qui nécessitent une autre forme de traitement avant tout rejet ou encore une éventuelle réutilisation. On peut distinguer ainsi :

les boues primaires provenant d’une séparation physique des matières en suspension décantables organiques et minérales dans le décanteur primaire ;

les boues biologiques issues de la métabolisation de la pollution organique

biodégradable soluble et colloïdale dans le clarificateur. Ces boues issues du processus d’épuration à boues activées seront traitées en

envisageant tous les procédés suivant la filière : épaississement, stabilisation, conditionnement, déshydratation, valorisation.

L’épaississement concerne essentiellement les boues fraîches. Les boues sont concentrées de 3 à 10 fois de quelques g/L à quelques dizaines de g/L selon le type de boue et

le procédé utilisé. Cette opération peut être effectuée par simple épaississement gravitaire dans un ouvrage cylindrique ou bien mécaniquement, par table ou tambour d’égouttage, par

centrifugation ou encore par flottation moyennant l’ajout d’un polymère organique à charge cationique.

Éventuellement, la boue épaissie peut être stabilisée. La stabilisation minimise la masse de matières et réduit les nuisances olfactives et microbiologiques. La digestion dans un

ouvrage anaérobie moyennant un temps de séjour de l’ordre de 20 j demeure la technique la plus courante. Après déshydratation, le volume à évacuer se trouve alors réduit d’un tiers environ.

La déshydratation permet de poursuivre l’opération d’épaississement jusqu’à un état

pâteux, les boues titrant alors de 15 à 35 % de siccité selon le type de boue et l’appareillage sélectionné. Elle se fait couramment par des moyens mécaniques tels que la décanteuse centrifuge, le filtre à bande ou le filtre-presse à plateaux. Ces techniques exigent l’ajout de

polymère, ou encore de chaux et de chlorure ferrique dans le cas des filtres à plateaux.



Les boues peuvent avoir des destinations finales diverses :

la mise en décharge contrôlée ;

la valorisation agricole notamment l’utilisation des boues traitées aux fins d’amendement des sols pour les cultures florales, les pelouses ou encore

l’arboriculture ;

l’incinération.

Aux fins de traiter les boues issues de la filière de traitement de la station de traitement de

notre projet un dispositif de traitement des boues fraîches et en excès composé d’un (1) bassin d’épaississement, d’un (1) digesteur aérobie et d’un (1) filtre à bandes presseuses pour la déshydratation.



CHAPITRE 3 :

NOTE DE CALCUL



Calcul de la charge hydraulique

Concentrations MES, DBO5, NH4+ et PO4

3-

Année 2014

matière organique concentration

(mg/l) flux (kg/j) niveau de rejet

(mg/l) flux à traiter

(kg/j)

MES 1234,551967 103124,08 10 102288,7642

DBO5 540,1164854 45116,785 10 44281,46917

NH4+ 231,4784937 19335,765 4 19001,63867

PO₄³⁻ 61,72759833 5156,204 2 4989,140834

Année 2009 2014 2019 2024

Population 1059506 1289051 1568328 1908111

consommation spécifique (L/hab.*j) 45 50 55 60

Qdom(L/j) 71516655 96678825 129387060 171729990

Qad (L) 7735653,689 7735653,69 7735653,689 7735653,689

débit total (l/j) 79252308,69 104414479 137122713,7 179465643,7

Charge hydraulique (L/j) 63401846,95 83531583 109698171 143572515

Année 2009

matière organique

concentration

(mg/l)

flux (kg/j)

niveau de rejet (mg/l)

flux à traiter (kg/j)

MES 1336,877143 84760,48 10 84126,46153

DBO5 584,88375 37082,71 10 36448,69153

NH4+ 250,6644643 15892,59 4 15638,98261

PO₄³⁻ 66,84385714 4238,024 2 4111,220306

Année 2019

matière organique concentration (mg/l) flux (kg/j) niveau de rejet (mg/l) flux à traiter (kg/j)

MES 1143,740492 125466,24 10 124369,2583

DBO5 500,3864652 54891,48 10 53794,49829

NH4+ 214,4513422 23524,92 4 23086,12732

PO₄³⁻ 57,18702459 6273,312 2 6053,915658



Dimensions du dessableur

Année 2009

débit (m³/j) 63401,847 63401,847 63401,847 63401,847

nombre de bassins 2 4 6 8

débit unitaire (m³/j) 31700,9235 15850,4617 10566,9745 7925,23087

temps de séjour (mn) 4 4 4 4

charge hydraulique superficielle m³/(m².h) 70 70 70 70

surface (m²) 18,8695973 9,43479865 6,28986577 4,71739933

volume (m³) 88,0581208 44,0290604 29,3527069 22,0145302

hauteur (m) 4,66666667 4,66666667 4,66666667 4,66666667

longueur (m) 9,21483521 6,51587246 5,32018759 4,6074176

largeur (m) 2,04774116 1,44797166 1,18226391 1,02387058

Année 2014

débit (m³/j) 83531,583 83531,583 83531,583 83531,583





surface (m²) 24,8605902 12,4302951 8,28686339 6,21514754

volume (m³) 116,016087 58,0080437 38,6720291 29,0040219

hauteur (m) 4,66666667 4,66666667 4,66666667 4,66666667

longueur (m) 10,5769871 7,47905929 6,10662634 5,28849354

largeur (m) 2,35044157 1,66201318 1,35702808 1,17522079

Année 2024

matière organique concentration mg/j flux (kg/j) niveau de rejet (mg/l) flux à traiter (kg/j)

MES 1063,217985 152648,88 10 151213,1549

DBO5 465,1578683 66783,885 10 65348,15985

NH4+ 199,3533721 28621,665 4 28047,37494

PO₄³⁻ 53,16089923 7632,444 2 7345,29897



Année 2019

débit (m³/j) 109698,171 109698,171 109698,171 109698,171





surface (m²) 32,6482652 16,3241326 10,8827551 8,16206629

volume (m³) 152,358571 76,1792854 50,7861903 38,0896427

hauteur (m) 4,66666667 4,66666667 4,66666667 4,66666667

longueur (m) 12,1209403 8,57079907 6,99802813 6,06047014

largeur (m) 2,69354228 1,90462201 1,55511736 1,34677114

Année 2024

débit (m³/j) 143572,515 143572,515 143572,515 143572,515




charge hydraulique superficielle (m³/m².h) 70 70 70 70

surface (m²) 42,7299152 21,3649576 14,2433051 10,6824788

volume (m³) 199,406271 99,7031354 66,4687569 49,8515677

hauteur (m) 4,66666667 4,66666667 4,66666667 4,66666667

longueur (m) 13,8666729 9,80521846 8,00592735 6,93333647

largeur (m) 3,08148287 2,17893744 1,77909497 1,54074144

Dimensions du décanteur primaire

Année 2009

débit (m³/j) 63401,847 63401,84695 63401,847 63401,847

nombre de bassin 2 4 6 8


temps de séjour (h) 3 3 3 3

charge hydraulique superficielle (m³/m².j)

30 30 30 30

surface (m²) 1056,69745 528,3487246 352,232483 264,174362

volume (m³) 3962,61543 1981,307717 1320,87181 990,653859

hauteur (m) 3,75 3,75 3,75 3,75

Rayon (m) 18,3400448 12,96837007 10,5886298 9,17002242

pente de fond (%) 10 10 10 10



Année 2014

débit (m³/j) 83531,583 83531,58295 83531,583 83531,583




charge hydraulique superficielle(m³/m².j) 30 30 30 30

surface (m²) 1392,19305 696,0965246 464,06435 348,048262

volume (m³) 5220,72393 2610,361967 1740,24131 1305,18098

hauteur (m) 3,75 3,75 3,75 3,75

Rayon (m) 21,0511 14,88537556 12,1538582 10,52555

pente de fond (%) 10 10 10 10

Année 2019

débit (m³/j) 109698,171 109698,171 109698,171 109698,171





surface (m²) 1828,30285 914,1514246 609,434283 457,075712

volume (m³) 6856,13568 3428,067842 2285,37856 1714,03392

hauteur (m) 3,75 3,75 3,75 3,75

Rayon (m) 24,1239896 17,0582366 13,9279919 12,0619948

pente de fond (%) 10 10 10 10

Année 2024

débit (m³/j) 143572,515 143572,515 143572,515 143572,515





surface (m²) 2392,87525 1196,437625 797,625083 598,218812

volume (m³) 8973,28218 4486,641092 2991,09406 2243,32055

hauteur (m) 3,75 3,75 3,75 3,75

Rayon (m) 27,5984755 19,51506915 15,9339872 13,7992377

pente de fond (%) 10 10 10 10



Dimensions du réacteur

Année 2009

débit (m³/j) 63401,847 63401,847 63401,847 63401,847




charge hydraulique superficielle (m³/m².j) 70 70 70 70

concentration de DBO5 (mg/l ou g/m3) 584,88375 540,116485 500,386465 465,157868

concentration de MES de boues

(kg/m3) 10 10 10 10

charge massique (kg DBO5/kg MV*j) 0,1 0,1 0,1 0,1

surface (m²) 2317,66938 1070,13696 660,946377 460,810437

volume (m³) 9270,6775 4280,54784 2643,78551 1843,24175

hauteur (m) 4 4 4 4

rayon (m) 27,1613158 18,4563045 14,5046808 12,1111733

Am 0,66 0,66 0,66 0,66

B 0,065 0,065 0,065 0,065

âge des boues (jour) 14,9253731 14,9253731 14,9253731 14,9253731

Année 2014

débit (m³/j) 83531,583 83531,583 83531,583 83531,583






concentration de MES de boues (kg/m3) 10 10 10 10


surface (m²) 3053,51659 1409,89953 870,793198 607,115204

volume (m³) 12214,0664 5639,59813 3483,17279 2428,46082

hauteur (m) 4 4 4 4

rayon (m) 31,1763455 21,1845453 16,6487863 13,9014665

Am 0,66 0,66 0,66 0,66

B 0,065 0,065 0,065 0,065




Année 2019

débit (m³/j) 109698,171 109698,171 109698,171 109698,171




charge hydraulique superficielle

(m³/m².j) 70 70 70 70


concentration de MES de boues(kg/m3) 10 10 10 10


surface (m²) 4010,04235 1851,55595 1143,5725 797,296365

volume (m³) 16040,1694 7406,22382 4574,29 3189,18546

hauteur (m) 4 4 4 4

rayon (m) 35,7272462 24,2769142 19,0790574 15,9307035

Am 0,66 0,66 0,66 0,66

B 0,065 0,065 0,065 0,065


Année 2024

débit (m³/j) 143572,515 143572,515 143572,515 143572,515




charge hydraulique superficielle

(m³/m².j) 70 70 70 70

concentration de DBO5(mg/l ou g/m3) 584,88375 540,116485 500,386465 465,157868

concentration de MES de boues(kg/m3) 10 10 10 10


surface (m²) 5248,32693 2423,30882 1496,70298 1043,4982

volume (m³) 20993,3077 9693,23527 5986,81194 4173,99281

hauteur (m) 4 4 4 4

rayon (m) 40,8729048 27,7734253 21,8269411 18,2251418

Am 0,66 0,66 0,66 0,66

B 0,065 0,065 0,065 0,065




Dimensions du décanteur secondaire

Année 2009

débit (m³/j) 63401,847 63401,847 63401,84695 63401,84695





surface (m²) 1585,04617 792,523087 528,3487246 396,2615434

volume (m³) 3962,61543 1981,30772 1320,871811 990,6538586

hauteur (m) 2,5 2,5 2,5 2,5

Rayon (m) 22,4618759 15,8829447 12,96837007 11,23093793

concentration des boues (mg/l ou g/m3) 10000 10000 10000 10000

pente de fond (%) 10 10 10 10

flux restant (g/j) 42063230,77 21031615,38 14021076,92 10515807,69

volume de boue dans DS par jour (m³/j) 4206,32308 2103,16154 1402,107692 1051,580769

concentration de MES (mg/l) 1336,87714 1336,87714 1336,877143 1336,877143

Année 2014

débit (m³/j) 83531,583 83531,583 83531,58295 83531,58295




charge hydraulique superficielle (m³/m²*j) 20 20 20 20

surface (m²) 2088,28957 1044,14479 696,0965246 522,0723934

volume (m³) 5220,72393 2610,36197 1740,241311 1305,180984

hauteur (m) 2,5 2,5 2,5 2,5

Rayon (m) 25,7822268 18,2307874 14,88537556 12,89111338

concentration des boues (mg/l) ou g/m3 10000 10000 10000 10000

pente de fond (%) 10 10 10 10

flux restant (g/j) 51144382,09 25572191,04 17048127,36 12786095,52

volume de boue dans DS (m³) par jour 5114,43821 2557,2191 1704,812736 1278,609552




Année 2019

débit (m³/j) 109698,171 109698,171 109698,171 109698,171




charge hydraulique superficielle m³/(m².j) 20 20 20 20

surface (m²) 2742,45427 1371,22714 914,1514246 685,6135684

volume (m³) 6856,13568 3428,06784 2285,378561 1714,033921

hauteur (m) 2,5 2,5 2,5 2,5

Rayon (m) 29,5457325 20,8919878 17,0582366 14,77286624


pente de fond (%) 10 10 10 10

flux restant (g/j) 62184629,15 31092314,57 20728209,72 15546157,29



Année 2024

débit (m³/j) 143572,515 143572,515 143572,515 143572,515




charge hydraulique superficielle (m³/m²*j) 20 20 20 20

surface (m²) 3589,31287 1794,65644 1196,437625 897,3282184

volume (m³) 8973,28218 4486,64109 2991,094061 2243,320546

hauteur (m) 2,5 2,5 2,5 2,5

Rayon (m) 33,8010913 23,9009809 19,51506915 16,90054564


pente de fond (%) 10 10 10 10

flux restant (g/j) 75606577,43 37803288,71 25202192,48 18901644,36





Puissance des aérateurs

Année 2009 2014 2019 2024

débit unitaire (m3/j) 31700,9235 41765,7915 54849,0855 71786,2575

volume de BA (m3) 9270,6775 11279,1963 13722,87 16695,9713

rendement (%) 15 15 15 15

CAP OX (kg.O2/KWh) 0,15387673 0,16663072 0,17986098 0,1934827

Puissance nécessaire 1296,85596 1708,60056 2243,82622 2936,71053

Puissance spécifique (W/m3) 19951,6302 26286,1625 34520,4034 45180,162

Puissance théorique choisie (kW) 90 90 90 90

Nombre d'aérateurs 14 19 25 33

Apport Horaire AH (kg O2/h) 1426,54156 1879,46062 2468,20885 3230,38159

Quantités de boues primaires et biologiques

Quantité de boues primaires

Année 2009

débit (m³/j) 63401,84695 63401,847 63401,84695 63401,84695



flux entrant (mg/l ou g/m3) 42380240 21190120 14126746,67 10595060

flux sortant (mg/l ou g/m3) 21190120 10595060 7063373,333 5297530

concentration de boues (mg/l ou g/m3) 20000 20000 20000 20000

volume de boues primaires par

jour (m3) 21,19012 10,59506 7,063373333 5,29753

quantité de boues primaires

(mg/l ou g/m3) 423802,4 211901,2 141267,4667 105950,6

Année 2014

débit (m³/j) 83531,58295 83531,58295 83531,58295 83531,58295



flux entrant (mg/l ou g/m3) 51562040 25781020 17187346,67 12890510

flux sortant (mg/l ou g/m3) 25781020 12890510 8593673,333 6445255

concentration de boues

(mg/l ou g/m3) 20000 20000 20000 20000

volume de boues primaires par jour (m3) 25,78102 12,89051 8,593673333 6,445255


(mg/l ou g/m3) 515620,4 257810,2 171873,4667 128905,1



Année

2019

débit (m³/j) 109698,171 109698,171 109698,171 109698,171



flux entrant (mg/l ou g/m3) 62733120 31366560 20911040 15683280

flux sortant (mg/l ou g/m3) 31366560 15683280 10455520 7841640

concentration de boues (mg/l ou g/m3) 20000 20000 20000 20000



(mg/l ou g/m3) 627331,2 313665,6 209110,4 156832,8

Année 2024

débit (m³/j) 143572,515 143572,515 143572,515 143572,515



flux entrant (mg/l ou g/m3) 76324440 38162220 25441480 19081110

flux sortant (mg/l ou g/m3) 38162220 19081110 12720740 9540555

concentration de boues

(mg/l ou g/m3) 20000 20000 20000 20000



(mg/l ou g/m3) 763244,4 381622,2 254414,8 190811,1

Quantité de boues biologiques (voir dans le tableau de dimensionnement

du décanteur secondaire)

Capacité des pompes de succion des boues (recyclage et excès)

Année 2009 2014 2019 2024

Population 1059506 1289051 1568328 1908111

boues produites par habitant (L/j/hab.) 2,5 2,5 2,5 2,5

boues produites (m3/j) 2648,765 3222,6275 3920,82 4770,2775

capacité des pompes de succion (m3/h) 110,365208 134,276146 163,3675 198,761563

Volume des digesteurs de boues

Année 2009 2014 2019 2024

Population 1059506 1289051 1568328 1908111

quantité de boues (kg MVS/hab./j) 0,04 0,04 0,04 0,04

charge volumique rapportée au m3 (kg MVS/m3.j) 4 4 4 4

production journalière de boue (kg MVS/j) 42380,24 51562,04 62733,12 76324,44

volume digesteur (m3) 10595,06 12890,51 15683,28 19081,11



Epaississement

Année 2009 2014 2019 2024

Population 1059506 1289051 1568328 1908111

quantité de boues (kg MVS/(hab./j) 0,04 0,04 0,04 0,04

production journalière de boues (kg MVS/j) 42380,24 51562,04 62733,12 76324,44

charge spécifique (kg MES/m²*h) 4 4 4 4

surface (m²) 551,826042 671,380729 816,8375 993,807813



CONCLUSION

Yopougon, est la commune la plus peuplée de la ville d’Abidjan et malheureusement les eaux usées qui en proviennent sont directement rejetées dans la lagune sans aucun traitement

préalable. Pourtant, la loi du 3 octobre 1996 portant Code de l’Environnement dans son article 77 stipule qu’il est interdit de jeter dans les eaux marines et lagunes « des eaux usées à moins de les avoir préalablement traitées conformément aux normes en vigueur » ou encore « des

déchets de toutes sortes non préalablement traités et nuisibles ».

Compte tenu de l’inexistence d’infrastructures à même de résorber les problèmes de pollution engendrés par les rejets directs d’eaux usées dans la lagune, cette étude a eu pour but d’élaborer un modèle de station d’épuration par la méthode des boues activées aux fins

d’assurer l’autonomie de traitement des eaux usées en provenance de cette commune. Ce procédé d’épuration biologique est facilement réalisable et efficace dans son application. Par

ailleurs, son système de fonctionnement par unité autonome permet un entret ien aisé. Par ailleurs, la zone Sud de Yopougon est intéressée par l’extension annoncée du Port

Autonome d’Abidjan. Il s’en suit donc que cette zone revêt un intérêt économique non négligeable et constitue par la même un espace vital à préserver.

En définitive, il importe que des mesures soient prises afin de préserver notre riche capital hydrique, qui est aujourd’hui menacé, avant que son état n’atteigne un seuil critique. Et pour

cela, il faudrait tout d’abord veiller à la stricte application des lois portant Code de l’Eau et Code de l’Environnement par les populations et les industries tout en construisant les

ouvrages d’épuration adéquats



REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Agences de l’Eau, Ministère de l’Environnement (1994), L’assainissement des agglomérations : techniques d’épuration actuelles et évolutions, Douai (France)

Dr N’GUESSAN Bi Tozan Michel (2009), Qualité et traitement des eaux , INP-HB, Cycle Ingénieur de Conception

Guerrée et Coin (1965), Pratiques de l’assainissement des agglomérations urbaines et

rurales, Eyrolles, Paris

J.P. Bechac et al. (1984), Traitement des eaux usées, Eyrolles, Paris

Golé Digbo Paulin, Napon Abdel Aziz (2003), Dimensionnement d’ouvrages

d’épuration des eaux usées par la méthode des boues activées, EFCPC, Cycle Ingénieur des Techniques Hydraulique et Environnement

Rapport Pfe 2009_fin

Documents

Transcript of Rapport Pfe 2009_fin