Caractéristiques des Eaux Usées
Comprendre les Caractéristiques des Eaux Usées
Vous êtes un ingénieur en environnement travaillant pour une municipalité. La station d’épuration locale traite les eaux usées provenant d’une ville de 100 000 habitants. Vous devez analyser les caractéristiques des eaux usées pour assurer un traitement efficace et respectueux de l’environnement.
Pour comprendre l’analyse de la Qualité Physico-Chimique des Eaux Usées, cliquez sur le lien.
Données à considérer :
- Volume quotidien d’eaux usées : 15 000 m³.
- Concentration en BOD (Biochemical Oxygen Demand) : 250 mg/L.
- Concentration en COD (Chemical Oxygen Demand) : 500 mg/L.
- Concentration en azote total : 45 mg/L.
- Concentration en phosphore total : 10 mg/L.
- pH moyen des eaux usées : 6.8.
- Température moyenne des eaux usées : 15°C.
Questions :
A. Calcul de la charge polluante totale :
- Calculez la charge totale quotidienne de BOD, COD, azote et phosphore (en kg/jour).
B. Évaluation de l’impact environnemental :
- Évaluez l’impact de ces concentrations sur la faune et la flore aquatique.
- Proposez des mesures pour réduire ces impacts.
C. Optimisation du processus de traitement :
- En tenant compte des caractéristiques des eaux usées, recommandez un processus de traitement approprié.
- Justifiez votre choix en termes d’efficacité et de coût.
D. Analyse de conformité réglementaire :
- Comparez les valeurs de BOD, COD, azote et phosphore avec les normes réglementaires locales.
- Identifiez les éventuelles non-conformités et proposez des actions correctives.
Correction : Caractéristiques des Eaux Usées
1. Calcul de la charge polluante totale
Pour chaque paramètre, on calcule la charge journalière (en kg/jour) selon la formule :
\[ \text{Charge (kg/jour)} = V\;(\mathrm{m^3/jour}) \times C\;(\mathrm{mg/L}) \times \frac{1000\;\mathrm{L}}{1\;\mathrm{m^3}} \times \frac{1\;\mathrm{kg}}{10^6\;\mathrm{mg}} \]
Donnée commune :
- V = 15 000 m³/jour
- Conversion : 1 m³ = 1000 L ; 1 kg = 10⁶ mg
A.1. BOD (Demande Biologique en Oxygène)
1. Formule
\[ \text{Charge}_{\mathrm{BOD}} = V \times C_{\mathrm{BOD}} \times \frac{1000}{10^6} \]
2. Données
- CBOD = 250 mg/L
- V = 15 000 m³/jour
3. Calcul
\[ = 15\,000 \times 250 \times \frac{1000}{1\,000\,000} \] \[ = 3\,750\;\mathrm{kg/jour} \]
4. Résultat
\[ \text{Charge BOD} = 3\,750\;\mathrm{kg/jour} \]
A.2. COD (Demande Chimique en Oxygène)
1. Formule
\[ \text{Charge}_{\mathrm{COD}} = V \times C_{\mathrm{COD}} \times \frac{1000}{10^6} \]
2. Données
- CCOD = 500 mg/L
3. Calcul
\[ = 15\,000 \times 500 \times \frac{1000}{1\,000\,000} \] \[ = 7\,500\;\mathrm{kg/jour} \]
4. Résultat
\[ \text{Charge COD} = 7\,500\;\mathrm{kg/jour} \]
A.3. Azote total (Ntot)
1. Formule
\[ \text{Charge}_{\mathrm{N_{tot}}} = V \times C_{\mathrm{N_{tot}}} \times \frac{1000}{10^6} \]
2. Données
- CN_tot = 45 mg/L
3. Calcul
\[ = 15\,000 \times 45 \times \frac{1000}{1\,000\,000} \] \[ = 675\;\mathrm{kg/jour} \]
4. Résultat
\[ \text{Charge Azote total} = 675\;\mathrm{kg/jour} \]
A.4. Phosphore total (Ptot)
1. Formule
\[ \text{Charge}_{\mathrm{P_{tot}}} = V \times C_{\mathrm{P_{tot}}} \times \frac{1000}{10^6} \]
2. Données
- CP_tot = 10 mg/L
3. Calcul
\[ = 15\,000 \times 10 \times \frac{1000}{1\,000\,000} \] \[ = 150\;\mathrm{kg/jour} \]
4. Résultat
\[ \text{Charge Phosphore total} = 150\;\mathrm{kg/jour} \]
2. Évaluation de l’impact environnemental
Concentrations initiales :
2.1. Impacts principaux
- Hypoxie (manque d’oxygène dissous) : mortalité de poissons et invertébrés
- Eutrophisation : prolifération d’algues, dégradation esthétique et toxicité possible
- Effets sur pH : fluctuations qui peuvent stresser la faune
2.2. Mesures de réduction
- Réduction à la source : sensibilisation industrielle et domestique
- Prétraitements : dégraissage, déshuilage
- Traitement biologique avancé : boues activées, nitrification/dénitrification, précipitation P
- Aération renforcée : bassins d’aération
- Polissage tertiaire : filtration sur membranes ou charbon actif
3. Optimisation du processus de traitement
| Étape | Objectif | Efficacité typique | Coût relatif |
|---|---|---|---|
| 1. Prétraitement | Retirer solides grossiers, graisses | 10–20 % DCO | Faible |
| 2. Décantation | Réduire MES | 30–40 % DCO | Moyen |
| 3. Boues activées | Dégradation BOD, nitrification | 80–90 % BOD, 60–70 % N | Élevé |
| 4. Dénitrification | Elimination azote | 60–80 % N | Élevé |
| 5. Précipitation P | Elimination phosphore | 80–95 % P | Moyen |
| 6. Désinfection | Elimination pathogènes | 99 % coliformes | Moyen |
Recommandation : Boues activées à étage biologique couplé + précipitation chimique P + filtration finale.
Justification : efficacité > 95 % BOD, > 85 % COD, > 75 % N, > 90 % P ; coût adapté sans membranes.
4. Analyse de conformité réglementaire
Normes de rejet (exemple France / Directive UE 91/271/CEE) :
| Paramètre | Limite (mg/L) | Source |
|---|---|---|
| BOD5 | ≤ 25 | Arrêté ministériel |
| COD | ≤ 125 | Directive UE |
| Azote total | ≤ 15 | UE/OMS |
| Phosphore total | ≤ 2 | Directive UE |
*Valeurs issues de la réglementation européenne et française*
| Paramètre | Entrant (mg/L) | Limite (mg/L) | Conformité | Actions correctives |
|---|---|---|---|---|
| BOD5 | 250 | 25 | Non conforme | Améliorer traitement biologique |
| COD | 500 | 125 | Non conforme | Optimiser aération/filtration |
| Azote total | 45 | 15 | Non conforme | Ajouter dénitrification |
| Phosphore total | 10 | 2 | Non conforme | Précipitation chimique renforcée |
Caractéristiques des Eaux Usées
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