Études de cas pratique

EGC

Gestion des Eaux Usées petite Ville

Exercice : Gestion des Eaux Usées pour une Petite Collectivité

Gestion des Eaux Usées pour une Petite Collectivité

Comprendre la Gestion des Eaux Usées en Petite Collectivité

La gestion des eaux usées dans les petites collectivités (villages, petites villes) présente des défis spécifiques. Les contraintes budgétaires sont souvent plus importantes, les ressources en personnel technique spécialisé plus limitées, et les variations de charge (saisonnières ou journalières) peuvent être proportionnellement plus marquées. Il est donc crucial de choisir des solutions d'assainissement qui soient à la fois performantes, robustes, simples à exploiter et adaptées au contexte local (disponibilité foncière, sensibilité du milieu récepteur).

Les filières de traitement extensives, comme les filtres plantés de roseaux (FPR), sont souvent privilégiées pour leur faible coût d'exploitation, leur bonne intégration paysagère et leur résilience face aux variations de charge. Cet exercice se concentre sur le dimensionnement de base d'un tel système.

Données de l'étude

Une petite commune rurale de 800 habitants doit mettre en place un système d'assainissement pour ses eaux usées domestiques. Le choix se porte sur une filière de filtres plantés de roseaux (FPR) à deux étages verticaux.

Caractéristiques de l'effluent et objectifs :

  • Population permanente (considérée comme Équivalents-Habitants pour la charge organique) : 800 EH
  • Dotation moyenne en eau potable : 130 L/EH.j
  • Pourcentage d'eaux usées domestiques retournant au réseau : 80% de la dotation en eau
  • Charge organique par habitant : 60 g DBO5/EH.j
  • Objectif de rejet pour la DBO5 : \(\leq 25 \text{ mg/L}\)
  • Objectif de rejet pour les MES : \(\leq 35 \text{ mg/L}\)

Critères de dimensionnement pour le premier étage des Filtres Plantés de Roseaux (FPR) :

  • Charge hydraulique superficielle admissible (\(Ch_{\text{hyd}}\)) : 0.15 m/j (m³ d'eau par m² de filtre et par jour)
  • Charge organique superficielle admissible (\(Ch_{\text{org}}\)) : 80 g DBO5/m².j
Schéma : Filière de traitement par Filtres Plantés de Roseaux (simplifié)
Eaux Usées Brutes Prétraitement (Dégrillage, Dessablage...) 1er Étage FPR (alimentation alternée) 2ème Étage FPR (écoulement vertical) Rejet Milieu Naturel

Schéma simplifié d'une filière de traitement par filtres plantés de roseaux.

Questions à traiter

  1. Calculer le débit journalier moyen d'eaux usées (\(Q_{\text{m,eu}}\)) à traiter.
  2. Calculer la charge journalière moyenne en DBO5 (\(Flux_{\text{DBO5,ent}}\)) arrivant à la filière de traitement.
  3. Déterminer la surface minimale requise pour le premier étage des filtres plantés de roseaux (\(S_{\text{FPR1,hyd}}\)) en se basant sur la charge hydraulique admissible.
  4. Déterminer la surface minimale requise pour le premier étage des filtres plantés de roseaux (\(S_{\text{FPR1,org}}\)) en se basant sur la charge organique admissible.
  5. Quelle surface faut-il retenir pour le dimensionnement du premier étage des FPR et pourquoi ?
  6. Si le rendement d'élimination de la DBO5 du premier étage est estimé à 80%, calculer la charge en DBO5 (en kg/j) qui parviendra au second étage des FPR.

Correction : Gestion des Eaux Usées pour une Petite Collectivité

Question 1 : Débit Journalier Moyen d'Eaux Usées (\(Q_{\text{m,eu}}\))

Principe :

Le débit journalier moyen d'eaux usées est le produit de la population par la dotation en eau et par le pourcentage de retour à l'égout.

Formule(s) utilisée(s) :
\[Q_{\text{m,eu}} = \text{Population (EH)} \times \text{Dotation Eau (L/EH.j)} \times \text{Pourcentage Retour}\]
Données spécifiques :
  • Population : 800 EH
  • Dotation Eau : 130 L/EH.j
  • Pourcentage Retour : 80% = 0.80
Calcul :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{m,eu}} &= 800 \text{ EH} \times 130 \text{ L/EH.j} \times 0.80 \\ &= 104000 \text{ L/j} \times 0.80 \\ &= 83200 \text{ L/j} \end{aligned} \]

Conversion en m³/j :

\[ \begin{aligned} Q_{\text{m,eu}} &= 83200 \text{ L/j} \times \frac{1 \text{ m³}}{1000 \text{ L}} \\ &= 83.2 \text{ m³/j} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Débit journalier moyen d'eaux usées \(Q_{\text{m,eu}} = 83.2 \text{ m³/j}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la dotation en eau par habitant était de 150 L/EH.j, le \(Q_{\text{m,eu}}\) serait :

Question 2 : Charge Journalière Moyenne en DBO5 (\(Flux_{\text{DBO5,ent}}\))

Principe :

La charge journalière moyenne en DBO5 est le produit de la population (en EH, ici équivalente au nombre d'habitants pour la charge organique) par la charge organique spécifique par EH.

Formule(s) utilisée(s) :
\[Flux_{\text{DBO5,ent}} = \text{Population (EH)} \times \text{Charge DBO5/EH (g/EH.j)}\]
Données spécifiques :
  • Population : 800 EH
  • Charge DBO5/EH : 60 g DBO5/EH.j
Calcul :
\[ \begin{aligned} Flux_{\text{DBO5,ent}} &= 800 \text{ EH} \times 60 \text{ g DBO5/EH.j} \\ &= 48000 \text{ g DBO5/j} \end{aligned} \]

Conversion en kg/j :

\[ \begin{aligned} Flux_{\text{DBO5,ent}} &= 48000 \text{ g DBO5/j} \times \frac{1 \text{ kg}}{1000 \text{ g}} \\ &= 48 \text{ kg DBO5/j} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Charge journalière moyenne en DBO5 \(Flux_{\text{DBO5,ent}} = 48 \text{ kg DBO5/j}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si la charge organique par habitant était de 50 g DBO5/EH.j, le \(Flux_{\text{DBO5,ent}}\) serait :

Question 3 : Surface FPR (1er étage) basée sur la Charge Hydraulique (\(S_{\text{FPR1,hyd}}\))

Principe :

La surface requise est le rapport entre le débit journalier moyen et la charge hydraulique superficielle admissible.

Formule(s) utilisée(s) :
\[S_{\text{FPR1,hyd}} = \frac{Q_{\text{m,eu}}}{Ch_{\text{hyd}}}\]
Données spécifiques :
  • \(Q_{\text{m,eu}} = 83.2 \text{ m³/j}\) (calculé en Q1)
  • \(Ch_{\text{hyd}} = 0.15 \text{ m/j}\) (équivalent à m³/m².j)
Calcul :
\[ \begin{aligned} S_{\text{FPR1,hyd}} &= \frac{83.2 \text{ m³/j}}{0.15 \text{ m/j}} \\ &\approx 554.67 \text{ m²} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Surface du 1er étage FPR basée sur la charge hydraulique \(S_{\text{FPR1,hyd}} \approx 554.67 \text{ m²}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Si la charge hydraulique admissible \(Ch_{\text{hyd}}\) diminue, la surface requise \(S_{\text{FPR1,hyd}}\) pour un même débit :

Question 4 : Surface FPR (1er étage) basée sur la Charge Organique (\(S_{\text{FPR1,org}}\))

Principe :

La surface requise est le rapport entre le flux journalier de DBO5 et la charge organique superficielle admissible.

Formule(s) utilisée(s) :
\[S_{\text{FPR1,org}} = \frac{Flux_{\text{DBO5,ent}}}{Ch_{\text{org}}}\]
Données spécifiques :
  • \(Flux_{\text{DBO5,ent}} = 48000 \text{ g DBO5/j}\) (calculé en Q2)
  • \(Ch_{\text{org}} = 80 \text{ g DBO5/m².j}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} S_{\text{FPR1,org}} &= \frac{48000 \text{ g DBO5/j}}{80 \text{ g DBO5/m².j}} \\ &= 600 \text{ m²} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Surface du 1er étage FPR basée sur la charge organique \(S_{\text{FPR1,org}} = 600 \text{ m²}\).

Quiz Intermédiaire 4 : Si la charge organique admissible \(Ch_{\text{org}}\) augmente, la surface requise \(S_{\text{FPR1,org}}\) pour un même flux de DBO5 :

Question 5 : Surface à Retenir pour le Premier Étage des FPR

Principe :

Pour le dimensionnement d'un ouvrage, il faut satisfaire à tous les critères limitants. On doit donc retenir la plus grande des surfaces calculées pour s'assurer que ni la charge hydraulique ni la charge organique admissible ne soient dépassées.

Comparaison :
  • \(S_{\text{FPR1,hyd}} \approx 554.67 \text{ m²}\)
  • \(S_{\text{FPR1,org}} = 600 \text{ m²}\)

La surface basée sur la charge organique (\(600 \text{ m²}\)) est supérieure à celle basée sur la charge hydraulique (\(554.67 \text{ m²}\)).

Résultat Question 5 : Il faut retenir la surface la plus grande, soit \(S_{\text{FPR1}} = 600 \text{ m²}\). C'est la charge organique qui est dimensionnante dans ce cas.

Quiz Intermédiaire 5 : Si \(S_{\text{FPR1,hyd}}\) était de 700 m² et \(S_{\text{FPR1,org}}\) de 650 m², quelle surface faudrait-il retenir ?

Question 6 : Charge en DBO5 Arrivant au Second Étage des FPR

Principe :

La charge en DBO5 arrivant au second étage est la charge entrante au premier étage moins la quantité de DBO5 éliminée par ce premier étage.

Formule(s) utilisée(s) :
\[Flux_{\text{DBO5,élim,1er}} = Flux_{\text{DBO5,ent}} \times \text{Rendement}_{\text{1er étage}}\] \[Flux_{\text{DBO5,2ème étage}} = Flux_{\text{DBO5,ent}} - Flux_{\text{DBO5,élim,1er}}\] \[\text{Ou directement : } Flux_{\text{DBO5,2ème étage}} = Flux_{\text{DBO5,ent}} \times (1 - \text{Rendement}_{\text{1er étage}})\]
Données spécifiques :
  • \(Flux_{\text{DBO5,ent}} = 48 \text{ kg DBO5/j} = 48000 \text{ g DBO5/j}\)
  • Rendement du 1er étage : 80% = 0.80
Calcul :
\[ \begin{aligned} Flux_{\text{DBO5,2ème étage}} &= 48000 \text{ g DBO5/j} \times (1 - 0.80) \\ &= 48000 \text{ g DBO5/j} \times 0.20 \\ &= 9600 \text{ g DBO5/j} \end{aligned} \]

Conversion en kg/j :

\[ \begin{aligned} Flux_{\text{DBO5,2ème étage}} &= 9.6 \text{ kg DBO5/j} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : La charge en DBO5 arrivant au second étage des FPR est de \(9600 \text{ g/j}\) (soit \(9.6 \text{ kg/j}\)).

Quiz Intermédiaire 6 : Si le rendement du premier étage était de 90%, la charge en DBO5 arrivant au second étage serait :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Les filtres plantés de roseaux (FPR) sont considérés comme une filière de traitement :

2. Le dimensionnement d'un FPR prend en compte :

3. Quel est l'un des principaux défis de l'assainissement en petite collectivité ?

Glossaire

Filtres Plantés de Roseaux (FPR)
Système d'épuration des eaux usées utilisant des bassins remplis de matériaux filtrants (graviers, sables) et plantés de végétaux (roseaux, joncs, etc.). L'épuration est assurée par les micro-organismes fixés sur les matériaux et les racines, ainsi que par les plantes elles-mêmes.
Traitement Extensif
Type de traitement des eaux usées qui utilise des processus naturels, nécessite de grandes surfaces mais peu d'énergie et d'entretien technique complexe (ex: lagunage, FPR).
Charge Hydraulique (Superficielle)
Débit d'eau appliqué par unité de surface d'un ouvrage de traitement (ex: m³/m².j ou m/j).
Charge Organique (Superficielle)
Quantité de matière organique (ex: DBO5) appliquée par unité de surface d'un ouvrage de traitement et par unité de temps (ex: g DBO5/m².j).
Équivalent-Habitant (EH)
Unité de mesure normalisée de la charge polluante. En France, pour la DBO5, 1 EH = 60 g DBO5/jour.
DBO5 (Demande Biochimique en Oxygène sur 5 jours)
Quantité d'oxygène consommée par les micro-organismes pour dégrader la matière organique biodégradable dans l'eau, à 20°C et à l'obscurité, pendant 5 jours.
MES (Matières En Suspension)
Particules solides en suspension dans l'eau, retenues par filtration.
Gestion des Eaux Usées en Petite Collectivité - Exercice d'Application

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