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Université Louis Pasteur Strasbourg I Ecole Nationale de l’Eau et de l’Environn

Université Louis Pasteur Strasbourg I Ecole Nationale de l’Eau et de l’Environnement de Strasbourg MEMOIRE de DEA « Mécanique et Ingénierie Option Sciences de l’eau » Paula PORRAS Protocoles de fractionnement de la DCO des eaux résiduaires urbaines et impact sur les résultats de simulation d’une station à boues activées par le modèle ASM1. présenté le 3 Juillet 2003 Laboratoire d’accueil : Systèmes Hydrauliques Urbains à l’ENGEES. Maître de stage : BECK Christian, Maître de conférences au SHU SADOWSKY Antoine - Responsable du SHU (Systèmes Hydrauliques Urbaines) Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 2 REMERCIEMENTS Je remercie grandement Messieurs Antoine SADOWSKY et Christian BECK, mes directeurs de stage, pour leur confiance et leurs conseils avisés lors de l’analyse de mon travail. J’ai réalisé la partie analytique de mon stage de DEA au sein du laboratoire d’études des eaux. (LEE) de l’ENGEES. J’exprime ma profonde reconnaissance à Monsieur Patrick MEIER, chef du laboratoire LEE, pour son appui dans la mise en place de ce projet. Les expérimentations n’auraient pu être réalisées sans l’aide précieuse de Mademoiselle Yolaine Gourbard, technicienne formation recherche au LEE. Je lui exprime ma reconnaissance pour la qualité et les quantités phénoménales d’analyses effectuées, toutes les indications et les conseils techniques qu’elle m’a prodigué au cours du stage et pour m’avoir accueillie sur le LEE. J’adresse ensuite toute ma reconnaissance à Geneviève Prades, pour la transmission de son savoir en matière de modélisation. J’ai aussi apprécie sa gentillesse et sa disponibilité. Je remercie enfin toutes les personnes qui d’une façon ou d’une autre ont collaboré pour la bonne réalisation et la finalisation de mon DEA. Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 3 RESUME Le but principal de ce travail a été l’amélioration d’un protocole de fractionnement de la DCO (Demande chimique d’oxygène), afin de caractériser des eaux résiduaires urbaines dans un objectif de simulation de leur traitement (modèle ASM1). Le test de ce protocole a été mis en œuvre dans le cas d’effluents de temps sec arrivant à la station du Syndicat de Rosenmeer (Rosheim, Bas-Rhin), ceci pour différents jours de la semaine. Pour la majeure partie des essais, le protocole employé a été celui proposé par STRICKER (2000), qui repose sur des essais en réacteurs fermés, après ou non filtration de l’effluent brut. Une autre méthode, basée sur une séparation des fractions solubles, colloïdales et particulaires a également été testée sur quelques essais. Une étude de sensibilité sur l’influence des valeurs prises par les différentes fractions de la DCO de l’effluent brut sur les concentrations prévues en sortie de station par le modèle ASM1 a été également effectuée. Pour cette partie du travail, nous avons utilisé le logiciel GPS-X afin de simuler le fonctionnement de la station de Rosheim et prévoir les concentrations au niveau du rejet. Mots clés : Boues activées, modèle ASM1, GPS-X, caractérisation des eaux usées, fractionnement de la DCO, simulation. Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 4 Abstract The aim of the present research work was to improve a COD (Chemical Oxygen Demand) fractionation protocol , used to characterize residual wastewater, that is a necessary first step before using a wastewater treatment plant simulation tool, GPS-X, based on ASM1. The fractionation protocol was tested for different dry weather influents, sampled at “Syndicat de Rosenmeer” wastewater treatment plant, in Alsace, during different days of a week. For most of samples, the protocol used was the one suggested by STRICKER (2000), that is based on batch reactor tests, with or without a filtration pretreatment step. An other method, based on separation of soluble, colloidal and particular fractions was also tested. A sensibility study on the impact of COD fractions values, taking experimental errors into account, was also conducted, with a view to evaluate final influence on ASM1 predicted effluent concentrations. For this part of work, we used the GPS-X software in order to simulate Rosheim wastewater treatment plant performance and to predict effluent COD concentrations. Key words: Actived sludge, ASM1 model, GPS-X, Wastewater characterization, COD fractionnation, Simulation. Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 5 Resumen El principal objetivo de esta investigacion fue el mejoramiento de un protocolo de fraccionamiento de la DCO (Demanda quimica de oxigeno). Este protocolo fue probado en tiempo seco para el efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales del Sindicato de Resenmeer ( Rosheim, Bas-Rhin), los ensayos fueron realizados par diferentes dias de la semana. Para la realizacion de los ensayos es implementado el protocolo propuesto por STRICKER, 2000; este protocolo esta basado en reactores Batch filtrado llenos de agua residual doméstica sea filtrada o no filtrada. Tambien fue implementado otro metodo para determinar las fracciones solubles, coloidales y particuladas. Hemos trabajado sobre la sencibilidad de la influencia de las fractiones determinadas con el metodo de la DCO aplicadas con el modelo ASMn°1. Para esta parte del trabajo hemos utilizado, el programa GPS-X para simular el funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales de Rosheim y predecir sus concentraciones en el efuente de la planta. Palabras clave: Lodos activados, modelo ASM 1, GPS-X, caracterizacion de aguas residuales, fractionamiento de la DCO, simulation. Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 6 Sommaire Remerciements ......................................................................................................................... 2 Résumé ...................................................................................................................................... 3 Sommaire .................................................................................................................................. 6 Introduction générale............................................................................................................. 11 I. Présentation du modèle ASM1 et des méthodes de fractionnement........................... 12 I-1. Modèle ASM N°1 proposé par l’IAWQ (International Association Water Quality) en 1987 12 I-1.1. Unité utilisée ........................................................................................................ 12 I-2.1. Processus.............................................................................................................. 12 I-3.1. Variables d’état prises en compte dans le modèle ASM1 .................................... 13 I-4.1. Les paramètres stœchiométriques et cinétiques................................................... 16 I-5.1. Matrice de calcul et outil de simulation dynamique ............................................ 17 I-2. Caractéristiques des eaux usées urbaines.................................................................... 18 I-3. Généralités sur les méthodes de fractionnement......................................................... 18 II. Présentation du site d’étude et du logiciel de simulation............................................. 20 II-1. Présentation de la Station d’épuration Rosenmeer ..................................................... 20 II-1.1. Situation de l’installation..................................................................................... 20 II-2.1. Description de la station ...................................................................................... 20 II-2. Logiciel utilisé ............................................................................................................ 23 II-1.2. Description........................................................................................................... 23 II-2.2. Objectifs d’une simulation ................................................................................... 23 III. Méthode d’étude et matériels utilisés ......................................................................... 25 III-1. Préparation............................................................................................................... 25 III-1.1. Echantillon, prélèvement, matériel utilisé............................................................ 25 III-2.1. Préparation du contenu des réacteurs ................................................................. 28 III-3.1. Installation des réacteurs..................................................................................... 28 III-2. Suivi du test ............................................................................................................. 31 III-3. Prélèvements pour la réalisation des analyses......................................................... 31 III-4. Evolution de la DCO dans les réacteurs et calculs des fractions............................. 32 Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 7 III-5. Hypothèses prises en compte................................................................................... 34 IV. Résultats et analyse des résultats................................................................................ 35 IV-1. Résultats sur le fractionnement................................................................................ 35 IV-1.1. Suivi du test .......................................................................................................... 35 IV-2.1. Evolution de la DCO dans les réacteurs et fractionnement................................. 36 IV-3.1. Méthode de coagulation floculation..................................................................... 40 IV-2. Résultats des simulations......................................................................................... 42 CONCLUSION....................................................................................................................... 44 ANNEXES............................................................................................................................... 50 Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 8 Listes des tableaux Tableau 1 : Valeurs fréquentes dans la littérature du fractionnement de la DCO sur l’effluent brut. .................................................................................................................................. 15 Tableau 2 : Prélèvements des échantillons à la station d’épuration Rosenmeer...................... 27 Tableau 3 : Ecarts de température, de pH et de mgO2/L au cours du suivi de réacteurs. ........ 36 Tableau 4 : résultats du fractionnement de chaque réacteur. ................................................... 40 Tableau 5 : Valeurs de DCO provenant de la méthode physico-chimique.............................. 41 Tableau 6 : Résultats de la DCO par la méthode physico-chimique contenant de l’effluent brut de la station d’épuration du Syndicat de Rosenmeer. ...................................................... 41 Tableau 7 : coefficients utilisées pour fractionner la DCO totale de l’effluent brut pendant les simulations. ...................................................................................................................... 42 Tableau 8 : Grandeurs simulées dans le logiciel GPS-X et son analyse de sensibilité............ 43 Listes des figures Figure 1 : Décomposition de la DCO en variables du modèle IAWQ N°1 ............................. 15 Figure 2 : Décomposition de l’Azote en variables du modèle IAWQ N°1.............................. 16 Figure 3 : Schéma de la station d’épuration de Rosenmmeer.................................................. 21 Figure 4 : Schéma de la filière eau de la station du Syndicat de Rosenmeer dans GPS-X...... 24 Figure 5 : Installation des réacteurs.......................................................................................... 28 Figure 6 : Situation réelle de l’installation des réacteurs brut et filtré..................................... 30 Figure 7 : Evolution de la DCO dans le réacteur contenant de l’effluent brut entre le prélèvement initial et final................................................................................................ 32 Figure 8 : Evolutions de la DCO dans le réacteur contenant de l’effluent brut filtre entre le prélèvement initial et final................................................................................................ 33 Figure 9 : Evolution de la Température, du pH et de l’oxygène dans le réacteur 1................. 36 Figure 10 : Evolution de la DCO dans le réacteur 4 ................................................................ 37 Figure 11 : Pourcentage expérimental d’incertitude analytique sur la DCO en fonction de sa concentration.................................................................................................................... 38 Figure 12 : Pourcentage de fractionnement de la DCO dans le réacteur 1 .............................. 39 Mémoire de DEA mécanique et ingénierie de Paula PORRAS juin 2003 __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Page 9 Liste uploads/Finance/ fractionnement-de-la-dco-engess 1 .pdf