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Université Akli Mohand Oulhadj-Bouira Pour les 3ème Année sol et eau U. E: Chim

Université Akli Mohand Oulhadj-Bouira Pour les 3ème Année sol et eau U. E: Chimie des eaux Faculté SNV-ST Partie 1: Eaux usées Objectifs de l’enseignement : Découvrir les différentes étapes du process de l’épuration des eaux usées. Contenu de cette partie: Chapitre 1: Pollution des eaux et objectifs de l’épuration : -Composition et caractéristiques des eaux usées -Charge polluante et état de dispersion des polluants -Objectifs de l’épuration et normes de rejet Chapitre 2 : Les Prétraitements des eaux usées - Le dégrillage - Le dessablage - Le déshuilage - Principe de fonctionnement des ouvrages de prétraitements Chapitre 3 : Le traitement physique des eaux usées - La décantation physique - Notions de voile de boue et principe de fonctionnement des décanteurs Chapitre 4 : Les traitements biologiques des eaux usées - les systèmes à boues activées - les systèmes à lits bactériens - les systèmes de lagunage - le traitement biologique de l’azote et du phosphore. Chapitre 5 : les traitements des boues - Les procédés de stabilisation - Les procédés de concentration Chapitre I: Pollution des eaux usées et objectifs de l’épuration l’eau total de La planète 1400 x 106 Km3 97.5% Eaux de mers et océans (eaux saumâtres) 1.74% Eaux des glaces polaires 0.76% Eaux de surface Et souterraines Rivières, lacs, barrages, fleuves……. Nappes phréatiques, nappes captives La croissance démographique, l’amélioration de la qualité de vie des populations et le développement des activités industrielles et agricoles mènent à une forte demande de l’eau de consommation. Consommation annuelle de l’eau par secteur Water use in India Secteur Industriel Eaux usées rejetés annuellent (million de mètres cube) Consommation annuelle (million de mètres cube) Le pourcentage d’eau consommée dans le secteur Thermal power plants 27000.9 35157.4 87.87 Engineering 1551.3 2019.9 5.05 Pulp and paper 695.7 905.8 2.26 Textiles 637.3 829.8 2.07 Steel 396.8 516.6 1.29 Sugar 149.7 194.9 0.49 Fertiliser 56.4 73.5 0.18 Others 241.3 314.2 0.78 Total 30729.2 40012.0 100.0 % Source: Estimated by CSE based on the wastewater discharged data published by CPCB in "Water quality in India (Status and trends) 1990 - 2001". Production d’eau de consomation Domestic Industrial Traitement des eaux usées Agriculture Total available drinking water Dans ce cycle troublé et surchargés, l'un des phénomènes les plus alarmants est l'accumulation croissante de substances anthropiques pas facilement biodégradable dans les conditions d'auto-épuration de ce cycle • Nitrate (engrais) • Pesticides …… • Métaux lourds (Pb, Cd, Hg,…) • Dioxine • Pyralène (transformateurs). • Phosphore (lessives…) •Substances médicamenteuses et cosmétiques… L’utilisation des eaux potables engendre un nouveau produit appelé effluent ou eau usée (sont des eaux polluées) Eaux usées Les problèmes liés aux eaux usées sont aussi anciens que ces eaux elles même et ils s’aggravent suivant la croissance démographique, l’amélioration de la qualité de vie des populations et le développement des activités industrielles. La pollution de l’eau: Altération des qualités physiques, chimiques ou biologiques de l'eau, nuisant à l'un ou à l'autre de ses usages. Effets des rejets directs sans traitement ? Matière organique et bactéries consommation d’oxygène dissous asphyxie des poissons MES contaminées dépôt de sédiments et relargage différé de polluants Pollution dissoute (ammonium, nitrates, phosphates) eutrophisation, toxicité, difficultés de production d’eau potable Pourquoi traiter les eaux usées domestiques et industrielles Réglementation ! Les eaux usées se divisent en deux grandes catégories : les eaux usées urbaines les eaux usées industrielles Eaux usées urbaines Les eaux usées urbaines regroupent les eaux ménagères, les eaux de vannes et les eaux de ruissellement. La composition et les caractéristiques d’une eau résiduaire urbaine sont peu variables par rapport aux eaux usées industrielles. Le tableau suivant regroupe certains paramètres indicateurs de pollution des eaux résiduaires urbaines en france. l'azote total Kjeldahl ou NTK est la somme de l'azote organique et ammoniacal . (Les nitrites (NO2 -) et les nitrates (NO3 -) ne sont pas pris en compte par ce dosage). Ptot: phosphore organique et phosphate (PO4 -3) Caractéristiques des eaux résiduaires urbaines en France Composition d’une eau usée domestique Eaux usées industrielles: Les caractéristiques des eaux usées industrielles subissent des grandes variations, elles dépendent à une multitude de paramètres type de l’industrie, production, nettoyage,…, les différentes étapes du procédé industriel, l’état des appareil,… Par ailleurs, il existe des caractéristiques communes entre les effluents de la même industrie. En terme de volume et type de polluants, les effluents industriels présentent le plus souvent une charge importante et un risque de dysfonctionnement structurel et fonctionnel des réseaux d’assainissement et des dispositifs de traitement des eaux usées • La pollution organique. • Les métaux toxiques Les principaux polluants transitant dans les eaux usées d’origine industrielle sont : • Les toxines organiques • Les matières colorées • Les huiles et graisses • Les sels Les eaux usées domestiques est l'eau qui a été utilisé par une communauté et qui contient tous ce qui est ajouté à l'eau pendant son utilisation. Ils sont donc composées de matières fécales et les urines, l'eau de lavage et nettoyage, lessive… Les eaux usées contiennent des matières minérales et organiques en suspension et en solution, ainsi qu'un certain nombre de déchets divers (végétaux, plastiques, ...) et des millions de types de bactéries. La composition moyenne des matières fécales et les urines est donnée dans le tableau suivant: Matières Fécales urines Quantité par personne/ jour (base humide) 135-270 g 1.0-1.3 kg Quantité par personne/jour (base sèche) 35-70 g 50-70 g Composition approximative (%) Humidité 66-80 93-96 Matière organique 88-97 65-85 N 5.0-7.0 15-19 P (P2O5) 3.0-5.4 2.5-5.0 K (K2O) 1.0-2.5 3.0-4.5 C 44-55 11-17 Ca (CaO) 4.5 4.5-6.0 L'élimination de ces déchets hétérogènes demandera un ensemble de dispositifs dédiés à la rétention spécifique d'une fraction. Nous verrons qu'une grande majorité de ces polluants est en fait transférée de la phase liquide vers une phase concentrée boueuse. L'épuration consiste à éliminer ces différents éléments de l'eau qui les contient, afin d'obtenir une eau traitée conforme aux normes de rejet Une station d'épuration comportera donc toujours des installations de traitement des eaux et des dispositifs de stabilisation et de réduction de la teneur en eau des boues produites adaptés à leur devenir ultérieur (épandage, incinération, mise en décharge, ...). Le nombre très important de différents composés chimiques que l'on trouve dans les eaux usées urbaine, et même si la détermination de leurs teneurs est techniquement possible, il serait inutile de les répertorier tous pour caractériser une eau usées. l’ingénierie des traitement des eaux usées utilise certain paramètres spéciaux qui peuvent bien caractériser les eaux usées (DBO5, DCO, MES, NTK..) Caractérisation des eaux usées urbaines Les eaux usées sont généralement traitées par voie biologique, les matières organiques solubles présents dans l’effluent sont dégradées (oxydées) par les bactéries déjà présents dans les eaux usées en présence d’oxygène. Eau usée + O2 eau épurée + nouvl bactéries bactéries L'équation générale est la suivante Etant donné qu'il est facile de mesurer la quantité d'oxygène utilisée par les bactéries pour oxyder les eaux usées, la concentration de la matière organique (biodégradable) dans les eaux usées peuvent être facilement exprimées en termes de quantité d'oxygène nécessaire à son oxydation. si, par exemple, 0.5 g de O2 est consommé dans l'oxydation d’un litre d'eaux usées, alors nous disons que ces eaux usées ont une «demande en oxygène» de 500 mg/ l, par laquelle nous entendons que la quantité des matières organiques dans un litre d'eaux usées est telle que son oxydation nécessite 500 mg de O2. Il existe essentiellement trois façons d'exprimer la demande en oxygène d’un effluent. Demande théorique en oxygène (DThO) c'est la quantité théorique (Stœchiométrique) de O2 nécessaire pour oxyder complètement la fraction organique des eaux usées en CO2 et H2O. Connaissant: MC6H12O6= 180 g/mol et MO2=32 g/mol DThO pour une solution de glucose de concentration 0.3 g/l (6 32) 0.3 0.32 / 320 / 180 DThO g l mg l × × = = = L'équation pour le l’oxydation total de glucose est: La nature de eau usée est très complexe, son DThO ne peut pas être calculer, mais pratiquement sa valeur est approche à celle de la demande chimique en oxygène (DCO) Demande chimique en oxygène (DCO) Demande chimique en oxygène (DCO) est obtenue par oxydation de l’eau usée avec un oxydant fort (solution de dichromate de potassium ) en milieu acide et en ébullition pendant 2heures. Elle représente la consommation en oxygène par les oxydants chimiques forts pour oxyder les substances organiques et minérales de l'eau. Elle permet d'évaluer la charge polluante des eaux usées. Le rendement de la réaction est plus de 95%. L'avantage de la mesures de DCO est qu’elle peut obtenir très rapidement (dans 3 heures), mais ses inconvénients qu’elle ne donnent aucune information sur la quantité des matières organiques biodégradables qui peuvent être oxydés par des bactéries, ni sur la vitesse de la bio-oxydation de ces matière. La Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) c’est la quantité d’oxygène nécessaire à la dégradation de la matière organique biodégradable d’une eau par le développement des micro-organismes, pendant 5 jours à 20 °C et à l’obscurité. Elle est très utilisée pour le uploads/Sante/ l3-sol-et-eau-cours-chimie-des-eaux-partie1-imessaoudene-a.pdf