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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie d’Oran M.BOUDIAF Faculté des Sciences Département de Chimie Spécialité : Chimie Option : Contrôle et Gestion de L’Environnement MEMOIRE DE MAGISTER Présenté par : Mr. REZIG Chérif Ingénieur d’état en chimie industrielle Thème : Soutenu le : 03/02/2012 Devant le jury : Président Mr. BETTAHAR. Noureddine Professeur USTO-MB Encadreur Mr. HADJEL. Mohammed Professeur USTO-MB Examinateur Mr. ZEROUALI. Djilali Maître de conférences USTO-MB Examinateur Mr. BENDROUA. Abdelaziz Maître de conférences USTO-MB Année universitaire : 2012/2013 Suivi du Fonctionnement de la STEP du Complexe GP1/Z par l’Etude de décantation & Coagulation-Floculation REMERCIEMENTS Ce travail a été réalisé au Laboratoire de Physico-chimique des Matériaux et de Catalyse et de l’Environnement sous la direction du Monsieur le Professeur HADJEL Mohamed. Qu’il trouve ici l’expression de mes sentiments les plus nobles. Je tiens à vous remercier Monsieur le professeur HADJEL, vos précieux conseils et votre savoir-faire m’ont guidé et amené à réaliser cette présente thèse. Je tiens à remercier Monsieur Ferhat, chercheur au Laboratoire de chimie des eaux de l’université USTO pour son précieux aide qui m’a apporté dans l’optimisation et la détermination des doses et les concentrations des produits injectent. Mes remerciements s’adressent également aux membres du jury qui ont voulu ce travail : Monsieur Noureddine BETTAHAR, Professeur au département de chimie de l’USTO-MB. Monsieur Abdelaziz BENDRAOUA, Maitre de conférences au département de chimie de l’USTO-MB. Monsieur Djilali ZEROUALI, Maitre de conférences au département de chimie de l’USTO-MB. Mes remerciements particuliers s’adressent aux membres du Laboratoire de chimie des eaux de l’université USTO-MB, Messieurs : A. IDDOU, Ferhat. Mes remerciements s’adressent aux membres du Laboratoire de complexe GP1/Z, Messieurs : A. BOUFELDJA. M. DJEBAR. M. HAMDADOU. R. OUMOUSSA. A toutes les personnes, dont les nombre sont très élevé pour le citer ici, qui ont contribué de près ou de loin, directement ou indirectement à l’aboutissement de ce travail, trouvent ici le témoignage de ma profonde reconnaissance. DEDICACES Je dédie cette présente thèse : A mon père A ma mère A mes frères A ma sœur A ma fille : Khadîdja A mes chers (es) Ali chérif, Djamel, Miloud, Ibrahim, Rabah et Mansour. Table des matières CHAPITRE -I : Connaissance et Contrôle du Fonctionnement d’une STEP à Boues Activées et Généralités sur Les cultures des Stations D’épuration Introduction…………………………………………………………………………..….…1 I -Le cycle de l’eau…………………………………………………………………..…..…2 II-Les usages de l’eau………………………………………………………………..…….2 III-La pollution de l’eau et ses impacts………………………………………...….…......3 IV-L’épuration de l’eau………………………………………………………...……...…..3 V-Caractéristiques Générales Sur Le traitement des Eaux Sanitaires……...….…..….3 V-1. Traitement Préalable……………………………………………………….….…..4 V-2. Principes de Base et Critères de Conception ……………………………….…..5 V-2.1. Réacteur Biologique…………………..………..……………………………..5 V-2.2. Système d’Aération………………………………………………….………..7 V-3. Décanteur secondaire ………………………………………………….….…........8 V-4. Recirculation des boues ………………………………………………..….……...9 V-5. Sélecteur …………………………………………………………………..….…….9 V-6.Extraction des boues ……………………………………………………………....9 V-7. Réacteurs biologiques séquentiels (RBS) ………………………….……….……9 V-7.1. Rendement ……………………………………………………….…………..10 V-8. Exploitation …………………………………………………………….…….…..10 V-9. Traitement Physico-chimique ………………………………………….…….…11 VI-La Cellule Bactérienne………………………………………………………...……...12 VI-1. Structure…………………………………………….…………………….……...12 VI-2. Les Enveloppes……………………………………………...…………….….….13 VI-2.1. Capsule…………………..……………………………....……………...….…13 VI-2.2. Paroi ………………………………..…………………………………………13 VI-2.3. Membrane Cytoplasmique……..…………………………………………...14 VI-3. Cytoplasme…………………………………………………………………........14 VI-4. Appareil Nucléaire (Chromosome) …………………………………………...14 VI-5. Flagelles…………………………………………………………………………..14 VI-6. Physiologie……………………………………………………………….………14 VI-6.1. la phase de latence…………………………………………………………..15 VI-6.2. la phase exponentielle…………………………………………………........15 VI-6.3. Phase de ralentissement…………………………………………...……….15 VI-6.4. la phase maximale stationnaire ………………………………………...…15 VI-6.5. la phase de déclin………………………………………………...…………15 VI-7. Besoin Nutritifs et Facteurs de l’Environnement ………………….…….…...16 VII-La Désinfection ………………………………..……………………………………...16 VII-1. Effet Bactéricide et Effet Rémanent………………………………………......16 VII-1.1. Effet bactéricide………………………………………….…………………16 VII-1.2. Effet rémanent………………………………………………………...……16 VII-2. Conditions Générales Pour une Bonne Désinfection ………………………17 VII-3. Les Principaux Moyens de Désinfection Reconnus ……………………......17 VII-3.1. Le chlore ………………………………………………………………........17 VII-3.1.a. Principe de la désinfection au chlore…...……………………………….18 VII-3.1.b. Toxicité du chlore …………………...……………………………............18 VII-3.1.c. Différentes sources de chlore ……..…………………………………….18 Le chlore gazeux…..………….……………………………………………………18 L’hypochlorite de sodium (eau de javel) ………………………………….........18 L’hypochlorite de calcium……………………………………………………......18 Production de chlore à partir de sel …………………………………………….19 VII-3.2. L’ozonation………………………………………………………………….19 VII-3.2.a. Toxicité de l’ozone…………………..…………………………………...19 VII-3.2.b. Application de l’ozone…………………………………….…………….20 VII-3.2.c. Production de l’ozone……………………………………………..……..20 VII-3.3. Le dioxyde de chlore ………………………………………………………21 VII-3.4. Les chloramines ……………………………………………………………21 VII-3.5. Le lagunage …………………………………….…………………………..21 VII-3.6. Le rayonnement UV ……………………….….…………………………...22 VII-3.7. Le brome ……………………………………….…………………………...22 VII-3.8. Procédés électro -physiques cuivre/argent ……………………………..22 VII-3.9. Permanganate de potassium ……………………………………………..22 VII-3.10. Les autres moyens de désinfection ……………………………………..22 VII-4. Sous-produits et Résidu de Produits de Désinfection …………………….22 CHAPITRE-II Etude du Procédé de Traitement Des Eaux Sanitaires Dans La STEP du Complexe GP1/Z Introduction ………………………………..……………………………………………………23 I-Présentation de La station à Boue Activée.………………………………………………23 II- Les moyens d’autocontrôle des rejets liquides au complexe GP1Z ………………25 II-1. L’échantillonnage …………………………………..………………………………..25 III- Qualité des eaux rejets ……………………………………………………………………25 IV- Dimensions et dispositifs ………………………………………………………………...26 V-Différentes étapes du traitement de la station du GP1/Z …………………………...26 V-1. Traitement primaire (dégrillage) …………………………………………………...27 V-1.1. Déshuilage ……...…………………………………………………………………..27 V-2. Traitement biologique ………………………………………………………………..27 V-2.1. Bassin sélectif ……………………………………………………………………....27 V-2.2. Bassin d’aération primaire et secondaire ……………………………………27 V-2.2.a. Bassin d’aération primaire ………………………………………………….28 V-2.2.b. Bassin d’aération secondaire ………………………………...………….….28 V-2.3. Clarificateur ………………………………………………………………………...29 V-2.4.Bassin de désinfection …………………………………………………………….30 V-2.5.Digesteur …………………………………………………………………………….30 V-2.6.Traitement des boues………………………………………………………………31 V-3. La Centrifugation………………………………………………………………………32 V-3.1. Déshydratation Mécanique : Filtration – Compression …………………...32 V-3.2. Mise en Œuvre ……………………………………………………………………32 V-3.2.a. La filtration centrifuge………………………...………………………………..32 V-3.2.b. Filtration sous pression……………………………...…………………………32 CHAPITRE-III Suivi de la Station par Etude de la Décantation et l’effet de Coagulation-Floculation Introduction ……………………………………………………………………………………..34 I- Détermination de La Qualité de L’eau…………………………………………………...34 I-1. Conductivité……………………………………………………………………………...34 I-2. pH…………………………………………………………………………………………..34 I-3. Couleur vraie……………………………………………………………………………..34 I-4. Matières en suspension………………………………………………………………...35 I-5. Turbidité…………………………………………………………………………………..35 I-6. Phosphore total…………………………………………………………………………..35 I-7. Nitrites et nitrates…………………………………………………………………35 I-8. Azote ammoniacal………………………………………………………….…......36 I-9. Azote total………………………………………………………….…………..……36 I-10. Oxygène……………………………………………………………………………36 I-11. Métaux lourds………………………………………………………………..…....36 I-12. Demandes en oxygène …………………………………………………………. 37 I-12.1. Demande chimique en oxygène DCO…………..….……………………......37 I-12.2. Demande biochimique en oxygène DBO……………………...…………….37 I-12.3. Rapport DCO/DBO5…...………………………………………………………37 II-Optimisation du traitement physico-chimique et biologique ………….………….38 II-1. Objectifs de qualité ………………………………………………….…………….38 II-2. Les analyses Physico-chimiques …………………………………………….…...38 III-La décantation …………………………………………………………………….…...40 III-1. Etude sur la décantation…………………………………………………….……43 III-1.1. Détermination des matières en suspension…………..……………………..43 III-1.2. Détermination des matières organiques…………..………………………...43 III-1.3. Détermination de la Demande Chimique en Oxygène (DCO) ……….….44 III-2. La courbe de KYNCH……………………………………………………….……45 III-2.1. Paramètres bassin de décantation……………………………………………45 IV-Dimensionnement de la Station………………………………………………….…. 47 IV-1. Calcul des pertes de charge de dégrilleur………………………………………..48 IV-2. Calculs du Bassin Biologique……………………………………………………48 IV-3. Calculs de Bassin de Décantation ………………………………………........... 49 IV-4. Indice de MOHLMAN………………………………………………………….. 50 V-Coagulation-Floculation……………………………………………………………… 51 V-1. Les colloïdes en solution…………………………………………………….…….51 V-2. Etat de surface des colloïdes………………………………………………..…… 51 V-3. Déstabilisation des colloïdes…………………………………………………. … 52 V-4. Décantation des Colloïdes en Fonction du Diamètre des Particules………... 53 V-5. Agents de Coagulation et de Floculation………………...……………………...53 V-6. Dosage des Eaux Traitées par des Coagulants et des Floculants Concentrés 54 V-6.1. Coagulation-Floculation par FeCl3.6H2O & Ca(OH)2…………………….…55 V-6.2. Coagulation-Floculation par AlCl3.6H2O & Ca(OH)2 ………………….…...56 V-6.3. Coagulation par le Sulfate d’Aluminium Hydraté et Ca(OH)2…………... 57 V-6.4. Coagulation des eaux brutes par la chaux Ca(OH)2…………………… …. 58 V-6.5. Coagulation-Floculation par Aquatreat 912………………………………... 59 V-6.5.a. Caractéristiques …………………………………………………………….. 60 VI-La décantation des boues………………………………………….………………….60 VI-1. Application ………………………………………………………….…………….60 VI-2. Epaississement gravitaire ………………………………………….…………….60 VI-3. Déshydratation naturelle ………………………………………………………. 60 VI-4. Déshydratation mécanique …………………………………….………………..60 CHAPITRE - IV Résultats & Discussion Introduction……………………………………………………………………..………….61 I-Elimination de la matière carbonée MES, DBO & DCO …………………..…………61 I-1. Demande biochimique en oxygène DBO5……………………………….………. 61 I-2. Demande chimique en oxygène DCO…………………………………..…………61 I-3. Matières en suspension MES……………………………………………..………...62 I-4. Température..……………………………………………………………….……….62 I-5. pH ……………………………………………………………………………..……...62 I-6. nitrites NO2- …………………………………………………………………..….…..63 I-7.Les phosphates PO43-…………………………………………………………..……..63 I-8.Le fer……………………………………………………………………………..…….63 I-9.Effets des pollutions……………………………………………………………..…...64 II-Discussions et interprétation de la décantation …………………..…..………..…….64 II-1. Les matières en suspension M.E.S…………………………………………..…….65 II-2. Les matières organiques M.O…………………………………………………..….65 II-3. Les matières minérales M.M……………………………………….…………….. 66 II-4. Courbe de KYNCH de décantation……………………………………….…….. 66 III-Interprétation des Résultats de Dimensionnement de la Station…..…..………….66 III-1. Critères pour le choix d’une filière de traitement …………………….……… 67 III-2. Règles générale & Hypothèses de dimensionnement ………………..………..67 III-3. Les points-clés du dimensionnement………………………………..…………..67 III-3.1. Le débit de pointe QP…………………….……………………………………..68 III-3.2. Pertes de charge de dégrilleur ………………………………………………..68 III-3.3. Bassin Biologique……………………………………………………...…….…68 III-3.3.a. Temps de Séjour Hydraulique………………………………………….…..68 III-3.3.b Volume du Bassin……………………………………………..…………......69 III-3.4. Bassin de décantation ……………………………………..……………….….69 III-3.4.a. Concentration des Matières Décan tables…..………….……………….....69 III-3.4.b. Surface Unitaire……..……………………………………………………….69 III-3.4.c. Surface & Volume ……………………………...…………………………...69 III-3.4.d. Charge Massique ………………………………...…………………………70 III-3.4.e. Charge spécifique.…………………………………...………………………70 III-3.4.f. Indice de MOHLMAN…...………………………………..………………....70 IV-Coagulation-Floculation...…………………………………………………………......70 IV-1. Evaluation du temps et dose optimale des Coagulants…………….………….71 IV-1.1. Coagulation-floculation par FeCl3.6H2O plus Ca(OH)2………….……….……72 IV-1.2. Coagulation-floculation par AlCl3.6H2O plus Ca(OH)2…..….……….…….73 IV-1.3. Coagulation par Al2(SO4)3.18H2O plus Ca(OH)2………….……………...….74 IV-1.4. Coagulation des eaux brutes par la chaux ………………….…………....….74 IV-2. Influence du pH optimal sur la coagulation-floculation……………….......….75 C CO ON NC CL LU US SI IO ON N……………………………………………………………………......….75 V-La décantation des boues..……………………………………………….…….....….....76 V-1. La conductivité ….……………………………………..……………….….....….....76 V-2. Les matières en suspension MES ………...……..…………………….….....….....77 V-3.Volume et Indice des Boues……………..…...……………………….…….…......77 C CO ON NC CL LU US SI IO ON N……………..…………………………………..…………….….....….....78 VI- La décantation par l’injection de Aquatreat 912……………..…………….....…......79 C CO ON NC CL LU US SI IO ON N……………………………………………....……………….….....…......81 LISTE DE FIGURES CHAPITRE -I Figure 1. La Chaine Biologique des Transformations de L’eau ……………….….….2 Figure 2. Schéma de procédé de boues activées ………………………….....….......…4 Figure 3. Traitement Secondaire par l’Aération Puis la Décantation…...…….......…9 Figure 4. Schéma de Traitement des Eaux Usées et Elimination des Boues par Clarificateur ou par Membrane Bioréacteur………………………...…………......…12 Figure 5. Cellule bactérienne avec son organisation simple………….….……….…13 Figure 6. Courbe de Croissance d’une Culture Bactérienne………….…......………15 Figure 7. Générateur de décharge corona………..............................................…....…21 CHAPITRE-II Figure 1. Schéma de procédé de la STEP de GP1/Z - phase I………….........…....…26 Figure 2. Mécanisme de circulation des boues (Clarificateur)…………..........….… 29 Figure 3. Capots de Succion Hydraulique………………………………........….........30 Figure 4 : La filtration centrifuge. ......…………………………………………………32 Figure № II-05. Filtre presse à plateaux......……………………………...……………33 CHAPITRE-III Figure 1. Evaluation MES en fonction du temps à la sortie et l’entrée de STEP…..39 Figure 2. Evaluation DCO en fonction du temps à la sortie et l’entrée de STEP….39 Figure 3. La décantation uploads/Science et Technologie/ memoire-du-magister-rezig-cherif.pdf