Mémoire de fin d'études - Sandrine REJASSE - ENGEES

Optimisation du fonctionnementd’une station d’épuration à bouesactivées de 10 000 EH,Trélissac (24)Mémoire présenté pour l’obtention du diplôme d’ingénieur del’ENGEESSandrine REJASSE Promotion Indre - Juillet 2009

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)REMERCIEMENTSA l’occasion de la rédaction de ce mémoire de fin d’études je tiens particulièrement àremercier M. Pascal DAMIANI, responsable de l’agence Périgord - Vallée de la Dordogne sansqui se stage n’aurait pas été possible, ainsi que M. Jean-Christophe STUDER, maître de stage etresponsable du service usine de cette agence, pour la disponibilité et la confiance qu’il m’aaccordées au cours de ces six mois de stage.Je remercie la Communauté d’Agglomération Périgourdine, propriétaire des ouvrages surlesquelles j’ai été amenée à travailler.Je souhaite également remercier Mme Loetitia JAUJARD du service d’expertiseassainissement de la lyonnaise des eaux ainsi que M. Emmanuel CARRIER du CTA pour leurcollaboration à ce travail.Enfin, je ne saurai oublier l’ensemble du personnel du service usine, et plusparticulièrement M. Fréderic GRESIAK, chef d’usine assainissement de la communautéd’agglomération périgourdine, pour leur collaboration et leur sympathie.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 1 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 2 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)RESUMEOptimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH,Trélissac (24)Ces six mois de stage de fin d’études ont été consacrés à l’optimisation du fonctionnementd’une station d’épuration à boues activées de 10 000 équivalents-habitants, reconstruite en avril2008 par la communauté d’agglomération périgourdine. L’objectif était alors double : d’une part,optimiser le process de l’installation, par un diagnostic (théorique et expérimental) de sonfonctionnement ; et d’autre part, participer à la formation du personnel d’exploitation, vianotamment la rédaction d’un manuel d’exploitation.Pour ce faire, une forte implication dans l’exploitation et le suivi de la réception del’installation a été nécessaire. De plus, le travail d’équipe avec l’ensemble du personnel duservice usine de l’agence Périgord de la lyonnaise des eaux, auquel j’étais rattachée, a été unélément clé dans l’atteinte de ces objectifs.Avec un effluent d’entrée fortement dilué par des eaux parasites, des dysfonctionnementsinterdépendants ont été remarqués en terme de récupération des sables et des graisses, dedéphosphoration biologique, de qualité et de traitement des boues ainsi que des consommationsen réactif (pour la déphosphatation physico-chimique et le traitement des boues).Malgré des dimensions d’ouvrages parfois inadaptées, des améliorations ont d’ores et déjàété mises en place pour la part process, comme la régulation des débits de recirculation, leréglage de l’aération, la régulation et la réduction de l’âge de la boue, et l’utilisation de quantitésde réactifs plus adaptées.Il faudra en revanche plus de temps pour résoudre complètement certaines problématiquescomme la gestion de l’âge de boue et le rendement de la déshydratation. Des études pluspoussées sur ces sujets sont donc à prévoir et des investissements devront alors probablementêtre envisagés.En conclusion il faudra peut-être attendre plusieurs années avant de résoudre complètementles problématiques soulevées dans ce mémoire, auxquelles viendront sûrement s’ajouter d’autresdans l’intervalle.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 3 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ABSTRACTWorking order optimization of a water treatment plant with activated sludge, designed totreat 10 000 PE unit, Trélissac (24)These six month of internship were devoted to the working order optimization of a watertreatment plant with activated sludge, designed to treat 10 000 PE unit. This water treatmentplant was rebuilt in April, 2008 by the Périgourdine conglomeration community. The aim of thisinternship was twofold: firstly, to optimize the process of the setting up, thanks to a theoreticaland experimental diagnosis; secondly, to take part in the workforce training notably through thewriting of a worker’s manual.A large implication in the exploitation and the following through the setting up deliverywas necessary to succeed. Moreover, the work in team, with all the staff of the factorydepartment of the Périgord branch of lyonnaise des eaux, was the key to reach these purposes.With a highly diluted effluent by parasitical water, mutually dependant dysfunctions werebrought up about the sand and fat recovery, about biological dephosphatation, about the qualityand the treatment of the sewage sludge and about the reagent consumptions (for physicochemicaldephosphatation and sewage sludge treatment).Despite occasionally unadapted dimensions of the masonry work, some improvementshave already been carried out about the process such as flow regulation, aeration adjustment,reduction of the sewage sludge age and more adapted reagent consumptions.Nevertheless, it will take a long time to solve some problematics right through, such assewage sludge age and dehydratation output. Therefore, these themes must be examined andsome investments ought to be considered.As a conclusion, it must take years before the problematics raised in this dissertation aresolved. Besides, other new problematics may appear during the time.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 4 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)SOMMAIREREMERCIEMENTS...................................................................................................................................1RESUME......................................................................................................................................................3ABSTRACT.................................................................................................................................................4INTRODUCTION.......................................................................................................................................9PARTIE 1 : CONTEXTE DE L’ETUDE................................................................................................111. HISTORIQUE DE L’ENTREPRISE........................................................................................................111.1. La lyonnaise des eaux .............................................................................................................111.2. Le groupe GDF Suez...............................................................................................................112. LA LYONNAISE DES EAUX ..............................................................................................................122.1. Les centres régionaux .............................................................................................................122.2. Les agences territoriales.........................................................................................................122.3. Le contrat de délégation de service public..............................................................................122.3.1. La délégation de service......................................................................................................123. LA GESTION DES EAUX USEES SUR LA COMMUNAUTE D’AGGLOMERATION PERIGOURDINE (CAP)133.1. Historique et politique de gestion de la CAP..........................................................................133.2. Les réseaux..............................................................................................................................143.3. Les STEP et les PR..................................................................................................................154. LA STEP DE TRELISSAC..................................................................................................................154.1. Généralités ..............................................................................................................................154.2. Les effluents.............................................................................................................................164.3. Le dimensionnement................................................................................................................194.4. La filière de traitement des eaux usées – Introduction au traitement par boues activées ......204.4.1. Principe du traitement par boues activées..........................................................................204.4.2. Le prétraitement..................................................................................................................214.4.3. Le traitement biologique : le bassin d’aération (BA)..........................................................224.4.4. Le traitement physico-chimique du phosphore ...................................................................244.4.5. Le dégazage.........................................................................................................................254.4.6. Le clarificateur....................................................................................................................254.4.7. La recirculation...................................................................................................................264.4.8. Traitement des graisses : BIOLIX ® .....................................................................................264.4.9. Traitement des boues : centrifugation.................................................................................26PARTIE 2 : OPTIMISATION ET MISE EN ROUTE DE L’USINE..................................................291. OBJECTIFS DU STAGE ET METHODOLOGIE.......................................................................................291.1. Les objectifs.............................................................................................................................291.2. Méthodologie...........................................................................................................................292. REVISION DU DIMENSIONNEMENT : ANALYSE THEORIQUE .............................................................302.1. Dessableur-dégraisseur ..........................................................................................................302.2. Traitement biologique .............................................................................................................312.2.1. Zone de contact ...................................................................................................................312.2.2. Zone d’anaérobie ................................................................................................................322.2.3. Zone d’aération : dimension et concentration selon l’âge de boue ....................................32Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 5 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2.2.4. Traitement physico-chimique complémentaire pour la déphosphatation........................... 352.3. Clarificateur ........................................................................................................................... 362.4. Recirculation........................................................................................................................... 362.5. Filière boue............................................................................................................................. 373. RESULTATS DU FONCTIONNEMENT ET ANALYSES DES DYSFONCTIONNEMENTS : ANALYSEPRATIQUE ................................................................................................................................................ 383.1. Prétraitement .......................................................................................................................... 383.2.1. Le dégrillage....................................................................................................................... 383.2.2. Le dessablage-dégraissage................................................................................................. 383.2. Le traitement biologique......................................................................................................... 403.2.1. Age de boue......................................................................................................................... 403.2.2. Elimination du phosphore................................................................................................... 413.2.3. Elimination de l’azote : aération........................................................................................ 433.3. Le traitement physico-chimique du P ..................................................................................... 463.4. La décantation des boues........................................................................................................ 483.5. L’extraction des boues............................................................................................................ 503.5.1. Qualité de rendement de la déshydratation........................................................................ 503.5.2. Durée de fonctionnement de l’extraction............................................................................ 52PARTIE 3 : ACTIONS ET AMELIORATIONS A ENGAGER ......................................................... 531. A FAIRE DES A PRESENT.................................................................................................................. 531.1. Des opérations de nettoyage................................................................................................... 531.2. Utilisation des consignes définies dans le manuel.................................................................. 531.3. Etude du fonctionnement du dessableur ................................................................................. 531.4. Essais de réduction de l’injection de FeCl 3 ............................................................................ 532. CE QUI DEVRA ETRE FAIT DANS L’AVENIR...................................................................................... 542.1. Au niveau du dessableur-dégraisseur..................................................................................... 542.2. Pour le traitement des graisses............................................................................................... 542.3. Pour le traitement biologique................................................................................................. 542.4. Sur la recirculation................................................................................................................. 552.5. Extraction et traitement des boues.......................................................................................... 552.5.1. Automatisation de sa gestion .............................................................................................. 552.5.2. Mise en place d’un épaississeur ......................................................................................... 55PARTIE 4 : LE MANAGEMENT DE GESTION D’UN SERVICE DES EAUX.............................. 571. LE MANAGEMENT D’UNE EQUIPE.................................................................................................... 572. LE MANAGEMENT DES CLIENTS ...................................................................................................... 573. LE MANAGEMENT BUDGETAIRE...................................................................................................... 58CONCLUSION ......................................................................................................................................... 59GLOSSAIRE............................................................................................................................................. 60INDEX ....................................................................................................................................................... 62BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................... 63ANNEXES ................................................................................................................................................. 65Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 6 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)LISTE DES FIGURES :FIGURE 1 : VISUALISATION GEOGRAPHIQUE DU SECTEUR CAP ................................................................................... 13FIGURE 2 : SCHEMATISATION DES RESEAUX EP ET EU SUR LA COMMUNE DE TRELISSAC ........................................... 14FIGURE 3 : INFLUENCE DE LA PLUVIOMETRIE SUR LE DEBIT D’EAUX USEES DU BV TRELISSAC................................... 16FIGURE 4 : SCHEMATISATION DU PRINCIPE D’EPURATION PAR BOUES ACTIVEES ......................................................... 20FIGURE 5 : PHOTOGRAPHIE DU BA DE LA STEP – SANDRINE REJASSE LE 06-03-09................................................. 22FIGURE 6 : SCHEMAS DE FONCTIONNEMENT DU BASSIN D’AERATION.......................................................................... 22FIGURE 7 : EVOLUTION DU PHOSPHORE ENTRE ANAEROBIE ET AEROBIE [11] .............................................................. 23FIGURE 8 : DEGRADATION ET ASSIMILATION DE LA POLLUTION DANS LE BA. [11] ..................................................... 24FIGURE 9 : SCHEMA DE FONCTIONNEMENT DU CLARIFICATEUR ET DE L’EVACUATION DES BOUES. ............................. 25FIGURE 10 : SCHEMA DE FONCTIONNEMENT DU CLARIFICATEUR ET DE L’EVACUATION DES BOUES. ........................... 27FIGURE 11 : BILAN DES BOUES SUR LA STEP – SEMAINES N°1 A 13............................................................................ 37FIGURE 12 : PHOTOGRAPHIES DU DEGRILLEUR DE LA STEP – JUIN 2009 – SANDRINE REJASSE ............................... 38FIGURE 13 : PHOTOGRAPHIES DU DESSABLEUR DE LA STEP – MARS 2009 – SANDRINE REJASSE ............................ 39FIGURE 14 : EVOLUTION DE LA CONCENTRATION DE LA BOUE D’EXTRACTION EN FONCTION DE LA CHARGE DU BA .. 41FIGURE 15 : PRINCIPE DE LA SUR-ASSIMILATION DU PHOSPHORE [11]......................................................................... 41FIGURE 16 : IMPACTS DE L’AERATION JOURNALIERE PILOTEE PAR LA MESURE REDOX ............................................... 44FIGURE 17 : EVOLUTION JOURNALIERE DE LA CONCENTRATION EN O 2 –LE 05 JUIN 2009............................................ 45FIGURE 18 : SUIVI JOURNALIER DU POTENTIEL REDOX AVEC UNE AERATION REGULIERE – LE 10 MAI 2009................ 46FIGURE 19 : VARIATION DE LA DECANTABILITE DE LA BOUE AVEC L’INJECTION DE POLYMERE POUR LADESHYDRATATION .............................................................................................................................................. 48FIGURE 20 : PHOTOGRAPHIE DE LA ZONE DE CONTACT DURANT LE FONCTIONNEMENT DE LA DESHYDRATATION -16/01/2009 ......................................................................................................................................................... 48FIGURE 21 : VARIATION DE LA DECANTABILITE ET DE LA CHARGE DU BA DANS LE TEMPS......................................... 49FIGURE 22 : PHOTOGRAPHIES DES SURFACES DES OUVRAGES EXTERIEUR LE 30/03/09, [MS BA ] = 4 G/L. .................... 49FIGURE 23 : BILAN DE L’EXTRACTION DE BOUE SUR LA STEP – SEMAINES 1 A 18 ...................................................... 52LISTE DES TABLEAUX :TABLEAU 1 : CONCENTRATIONS EN POLLUANTS DE L’EFFLUENT D’ENTREE DE STEP................................................. 17TABLEAU 2 : RATIOS CARACTERISTIQUES DE LA POLLUTION ENTRANT SUR LA STEP ................................................. 18TABLEAU 3 : DEBITS DE BASE DU DIMENSIONNEMENT DE LA STEP ............................................................................ 19TABLEAU 4 : RECAPITULATIF DES CHARGES ENTRANTES UTILISEES POUR LE DIMENSIONNEMENT .............................. 19TABLEAU 5 : DIAGNOSTIC DU FONCTIONNEMENT DU DESSABLEUR-DEGRAISSEUR...................................................... 30TABLEAU 6 : DIAGNOSTIC DU FONCTIONNEMENT DE LA ZONE DE CONTACT................................................................ 31TABLEAU 7 : DIAGNOSTIC DU FONCTIONNEMENT DE LA ZONE D’ANAEROBIE.............................................................. 32TABLEAU 8 : DETERMINATION DE LA CONCENTRATION DE TRAVAIL OPTIMALE.......................................................... 33TABLEAU 9 : DETERMINATION DU TEMPS D’AERATION OPTIMAL ................................................................................ 34TABLEAU 10 : DETERMINATION DE LA DOSE DE FECL 3 OPTIMALE .............................................................................. 35TABLEAU 11 : ETUDE DU TEMPS DE SEJOUR DE LA BOUE DANS LE CLARIFICATEUR ..................................................... 36TABLEAU 12 : DETERMINATION DU TAUX DE RECIRCULATION OPTIMAL ..................................................................... 37TABLEAU 13 : ANALYSES DE LA CONCENTRATION EN PHOSPHORE LE LONG DE LA FILIERE......................................... 42TABLEAU 14 : DETERMINATION DE LA PLAGE D’AERATION OPTIMALE EN MODE CADENCE-DUREE............................. 45TABLEAU 15 : OPTIMISATION DE L’INJECTION EN FECL 3 ............................................................................................. 47TABLEAU 16 : OPTIMISATION DE LA DESHYDRATATION : MODIFICATIONS DES ENTREES............................................. 50TABLEAU 17 : OPTIMISATION DE LA DESHYDRATATION : MODIFICATIONS MECANIQUES............................................. 51Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 7 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 8 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)INTRODUCTIONDans les campagnes du moyen âge, l’ensemble des déchets produits par les hommesreprésentait un volume relativement faible par rapport aux surfaces disponibles. Dans les villesen revanche, la rue était l’ultime exutoire de ces déchets majoritairement organiques(excréments, aliments…) ce qui favorisait la prolifération des rats, et par conséquent lapropagation de graves épidémies comme la peste, notamment dans les parties les plus basses desvilles, soumises au lessivage par les eaux de pluie des parties hautes. Ce n’est alors qu’àl’occasion de ces épisodes de maladies que les édiles et les habitants venaient à se préoccuper dela propreté des rues. Les déchets étaient ramassés et désinfectés en dehors de la ville grâce à dela chaux vive, déjà bien connue à cette époque.Au XVII ème siècle se développe enfin les premières évacuations des eaux usées dans lesplus grandes villes du pays et ce jusqu’à l’apparition du tout à l’égout, dans le courant du XIX èmesiècle, qui évacuera ces eaux le plus loin possible des habitations.Mais ces eaux, indésirables pour les hommes, directement évacuées vers le milieu naturelsont chargées en matières polluantes chimiques et biologiques (virus, bactéries,…) et il faudratoutefois attendre le XX ème siècle pour qu’une réelle réflexion soit menée sur le devenir de ceseffluents et leurs impact sur le milieu naturel (faune et flore).A la fin du XXème siècle, les hommes prennent également conscience de leurs usagescontradictoires de la ressource en eau : usages alimentaires, de travail, de loisir et contaminationde cette ressource par leurs rejets d’eaux usagées. Une grille « multi-usage » est même créée àcet effet en 1971, avant d’être remplacée en 2000 par un système de 4 classes de qualité (SEQ-Eau).Mais, ce n’est qu’en 1991 qu’un véritable effort de réduction de l’impact de l’homme sur lemilieu naturel est fourni avec la directive européenne relative aux eaux résiduelles urbaines(DERU). Elle impose alors aux collectivités de plus de 2000 EH de collecter et traiter ses eauxusées. En deçà, s’il existe un système de collecte, le traitement est également rendu obligatoire.Par suite, la loi sur l’eau de 1992, vient placer l’eau au rang de patrimoine national. Laressource est alors planifiée, et la police de l’eau et les sanctions administratives et légales dansce domaine sont renforcées. Ce renforcement des sanctions est une étape importante dansl’affirmation de la volonté de résultat du pouvoir politique en place.La dernière législation dans ce domaine date de Juin 2007, et renforce un peu plus lesobligations en termes de qualité de rejet, de rendement de traitement mais aussi d’autosurveillance de ces systèmes de traitement dont 45% d’entre eux sont des procédés de type« boues activées ».Ce système de traitement par boues activées étant utilisé pour les plus importantes unitésde traitement, c’est à dire avec plus de 1000 habitants collectés (contre 500 habitants collectés enmoyenne), il est de très loin le procédé le plus répandu en termes de population concernée.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 9 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 10 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)PARTIE 1 : CONTEXTE DE L’ETUDE1. Historique de l’entreprise1.1. La lyonnaise des eauxFondée en en 1880 par le Crédit Lyonnais, la Lyonnaise des eaux et de l’éclairage,construit sa politique première autour de la production et de la vente de gaz, et se tournerapidement vers l’électricité. En 1946, grâce à une politique de gestion centralisée, elle devientainsi le premier producteur d’électricité français et crée alors les entreprises EDF et GDF.Degrémont, spécialiste du traitement de l’eau entre dans le groupe Lyonnaise en 1960 suivide SITA (Société Industrielle des Transports Automobiles) en 1970 qui réalisait la collecte desordures ménagères en région parisienne depuis le début des années 20.1.2. Le groupe GDF SuezEn 1974, la compagnie financière de Suez, fondée pour la réalisation du canal du mêmenom dans les années 1860 puis puissant investisseur, devient actionnaire de référence de laLyonnaise à la place du crédit Lyonnais.Ce n’est enfin qu’en 1997 que la compagnie financière de Suez et la Lyonnaise (LDE) ontfusionné pour former par la suite le groupe franco-belge 1 Suez, puis GDF Suez en 2008, présidédepuis sa création par M. Gérard Mestralet.Ce groupe, aujourd’hui présent dans les banques, les assurances, etc… forme un grandgroupe industriel, fidèle à ses origines, dans les métiers de l’électricité, du gaz, des services àl’énergie, de l’eau et de la propreté.Ces métiers sont plus que jamais au cœur des enjeux politiques, sociaux et économiques dumonde, alors que l’on ne cesse de parler de développement durable.1 En 1988, la compagnie financière de Suez s’était portée acquéreur de la Société Générale de Belgique,premier producteur et vendeur de gaz en europe.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 11 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2. La Lyonnaise Des Eaux2.1. Les centres régionauxLa Lyonnaise Des Eaux est présente sur l’ensemble du territoire français grâce à uneorganisation en 29 centres régionaux dont le Centre Régional Guyenne, basé à Bordeaux quis’étend sur les départements de la Dordogne et de la Gironde.Les cartes relatives à l’organisation de la Lyonnaise Des Eaux sur le territoire français sont disponiblesen annexe 1.2.2. Les agences territorialesCes centres régionaux sont à leurs tour organisés en agences territoriales, au nombre de120 à travers le pays, comme l’agence Périgord – Vallée de la Dordogne, qui assure 24h/24 et7j/7, la continuité du service pour les communes de la vallée de la Dordogne et de la vallée del’Isle dont les communes de Libourne et Périgueux.2.3. Le contrat de délégation de service public2.3.1. La délégation de serviceLa gestion déléguée d’un service public fixe une certaine autonomie au délégataire duservice qui aura la charge d’exploiter les équipements, voire de les financer. C’est en résumé unfinancement privé des équipements publics Le délégataire est alors directement rémunéré parl’usager, le rôle de la collectivité étant alors d’organiser et de contrôler le service.2.3.2. Le contrat d’affermagePar ce contrat, le délégataire ou fermier s’engage à ces risques et périls et reverse à lacollectivité, une redevance d’amortissement des ouvrages et équipements qu’il exploite,également appelée surtaxe.2.3.3. Le contrat de concessionDans le cas d’une concession, le contrat est négocié pour une plus longue période que dansle cas de l’affermage. Dans ce cadre, l’exploitant doit alors prendre à sa charge lesinvestissements nécessaires à la pérennité et la mise en conformité des installations concédées.La commune de Trélissac, représentée par son maire M. Francis COLBAC, propriétaired’une station d’épuration (STEP), a signé en 1973 avec la Lyonnaise Des Eaux (LDE) un contratde délégation de service public pour le traitement de ses eaux usées et la gestion de son systèmede collecte. Ce contrat a par la suite fait l’objet de différents avenants avant d’être renouvelé enavril 2009.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 12 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Cependant, depuis 2006, à l’occasion de la restructuration de sa STEP (support de cestage), la ville de Trélissac a transféré sa compétence de traitement des eaux usées à lacommunauté d’agglomération périgourdine.D’un autre coté, la communauté d’agglomération périgourdine (CAP) est également liée àLDE par un contrat de délégation de service public datant de janvier 1991 courant jusqu’à fin2010, pour la gestion de son système de collecte et de traitement des eaux usées.3. La gestion des eaux usées sur la Communauté d’AgglomérationPérigourdine (CAP)3.1. Historique et politique de gestion de la CAPCrée en 1987, ce Syndicat Intercommunal à Vocation Unique (SIVU) avait pour fonctionla gestion des transports en commun sur 7 communes aux alentours de Périgueux. DevenuSyndicat Intercommunal à Vocation Multiple (SIVOM) dès 1988, puis Communautéd’Agglomération Périgourdine (CAP), elle est aujourd’hui également en charge de la collectedes ordures ménagères (OM) ainsi que de l’assainissement (collecte et traitement) sur 13communes (présentées en figure 1) dont les villes de Périgueux et Trélissac (depuis peu pourcette dernière).Figure 1 : Visualisation géographique du secteur CAPSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 13 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3.2. Les réseauxLe réseau semi séparatif de la commune de Trélissac dessert plus de 2150 clients 2 : sur unbassin versant (dénommé par la suite BV Trélissac) de près de 2300 ha, grâce à 51 km decanalisations d’eaux usées (EU) et de 21 km d’eaux pluviales (EP).Mais le débit collecté à l’exutoire de ce réseau, sur la STEP de la ville, démontre que lapopulation réellement raccordée est plus importante.En effet, il a été constaté que sur ce réseau, âgé de plus de 50 ans pour les tronçons principaux,de nombreuses inversions de branchements persistent entre l’EU et l’EP.De plus, du fait de sa vétusté, ce réseau par endroit fissuré, cassé, voire effondré, est soumis à denombreuses infiltrations d’eau parasites notamment par la nappe phréatique (située à 3.5 m deprofondeur au niveau de la STEP tandis que les canalisations descendent à près de 4 m deprofondeur sur les tronçons principaux).Enfin, depuis leur construction, les réseaux séparatifs d’EU et d’EP de la commune sontconstitués de deux canalisations ouvertes dans un même tunnel, comme représenté en figure 2 ciaprès.Par conséquent, au moindre bouchage on risque observer un déversement de l’EU dans lacanalisation d’EP. A l’inverse en cas de fortes pluies, le réseau EP risque à son tour se déverserdans le réseau d’EU.Figure 2 : Schématisation des réseaux EP et EU sur la commune de TrélissacDe part sa position en profondeur, il est de plus très difficile et onéreux d’intervenir sur desbouchages.Le réseau unitaire de la CAP dessert quant à lui près de 19 500 clients par l’intermédiairede 42 km de canalisations.Voir la carte du réseau alimentant la STEP de Trélissac en annexe 2.2 Selon le Rapport Annuel du Délégataire de 2007Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 14 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3.3. Les STEP et les PRLa CAP est actuellement en charge de la gestion de deux STEP réparties sur son secteur :la STEP de Saltgourde (à l’ouest de Périgueux) d’une capacité de 48 000 3 Equivalents Habitants(EH) et la STEP de Trélissac – Les Garennes d’une capacité de 10 000 EH depuis sarestructuration en 2007-2008.Elle est également en charge de 23 postes de relèvements (PR) répartis sur le secteur etalimentant la STEP de Saltgourde, à l’exception de 3 d’entres eux : les PR Rivière et Charrierassitués sur la commune de Trélissac, et le PR Préfecture (Confer carte du réseau en annexe 2).De façon très logique, les PR Rivière et Charrieras étaient dès l’origine rattachés à la STEPde Trélissac.En revanche, le PR Préfecture, situé en contrebas du centre ville de Périgueux, a fait l’objetdébut 2009 d’une importante restructuration visant à repartir ses effluents sur les 2 STEP de laCAP à compter du mois de Mars 2009. NB : On considérera donc par la suite les effluentsarrivant de ce poste comme ceux du BV Préfecture.Les 6 autres PR situés sur le réseau de la ville de Trélissac (Petite Môthe, Tréma,Maurilloux, Jalots, Plaine des Jeux et Feuilleraie), relèvent pour leur part de la compétence de laville de Trélissac. Les effluents en transit sur ces PR ont ainsi pour exutoire la STEP deTrélissac.NB : Avec les PR Rivière et Charrieras, ils constituent ce que l’on nommera par la suite le BVTrélissac.4. La STEP de Trélissac4.1. GénéralitésComme précédemment expliqué, la construction de cette Station de Traitement des EauxUsées (STEU), achevée en avril 2008, correspond en fait à la reconstruction de l’ancienne STEUcommunale de la ville de Trélissac.En effet, l’ancienne station de la ville de Trélissac, construite en 1964, avait déjà faitl’objet d’une extension en 1976 afin d’atteindre une capacité de traitement de 1 200 EH.Toutefois, malgré cette extension, la STEP restait sous-dimensionnée par rapport à la populationcollectée. En effet, constituée d’un poste de relevage, d’un bassin d’aération, d’un clarificateur etd’un silo de stockage des boues, cette ancienne STEU était presque toujours saturée par un débitjournalier de 200 m 3 /j.3 La capacité nominale était en 1992 de 60 000 EH sur une base de 48 g DBO5/EH/j mais la norme estpassée à 60 g DBO5/EH/j.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 15 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Dès 2006, lors de l’étude du projet de restructuration de la STEU, la ville de Trélissac, aalors décidé de transférer sa compétence assainissement à la CAP, déjà en charge del’assainissement de la ville de Périgueux et de quelques communes avoisinantes.Remarque : malgré ce transfert de compétence de traitement, l’exploitant détenteur de ladélégation de service public est resté le même. Un nouveau contrat a simplement été passé entrela CAP et LDE pour l’exploitation de cette STEP (ainsi que de l’ancienne STEP avant sadémolition).A ce jour, des réserves sont toujours émises sur la réception de la station d’épuration. Lesessais de garanties, prévus depuis janvier pour le mois de mars, ont à ce jour été repoussés à lafin du mois de juin 2009.4.2. Les effluents4.2.1. QuantitéComme précédemment énoncé, la STEP est destinée à recevoir les effluents de deuxbassins versants (BV) distincts.4.2.1.1.BV TrélissacLe débit moyen de temps sec du réseau du BV Trélissac est estimé à 300 m 3 /j 4 , soit2000 EH sur la base de ce débit. Le réseau étant semi-séparatif, il n’est pas surprenant que cedébit ait déjà atteint les 1400 m 3 /j en temps de pluie (pour une pluviométrie de 24 mmle 24/01/2009) soit une augmentation 350% par rapport au débit de temps sec.Une petite étude statistique 5 sur la relation entre pluviométrie et débit d’eau du BV a ainsiété menée et est représentée en figure 3 ci-après :Figure 3 : Influence de la pluviométrie sur le débit d’eaux usées du BV Trélissac4 Cette valeur est basée sur l’étude des mesures collectées par le débitmètre du PR de la STEP denovembre 2008 à février 2009.5 Il est bien évident qu’il s’agit là d’un raccourci grossier, le volume de pluie précipité, et donc collecté,sur un même bassin versant étant fonction de l’intensité, de la durée et de la fréquence des épisodespluvieux. Ce raccourci est toutefois suffisant en réponse aux objectifs fixés par ce stage.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 16 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)4.2.1.2.Ensemble des effluents arrivant sur la STEPDepuis le 5 Mars 2009, date de mise en service du PR Préfecture, la STEP reçoit enmoyenne 1000 m 3 /j en temps sec, dont 75 % proviennent de ce poste.Au niveau de ce poste, une seule pompe (débitant 80 m 3 /h) est destinée au refoulement deseffluents vers la STEP de Trélissac. En temps de pluie, une seule pompe n’étant pas suffisante,une à deux autres pompes ont pour fonction de refouler le débit supplémentaire vers la STEPprincipale de la CAP, à savoir Saltgourde d’une capacité de 50 000 EH.Pour plus de détails sur le fonctionnement de ce poste des extraits sa fiche technique, rédigéedurant le stage, sont présentés en annexe 3.Par conséquent seuls 1900 m 3 /j pourraient au grand maximum s’ajouter depuis ce BVPréfecture au débit de temps de pluie du BV Trélissac ; en temps de pluie, la réparation desdébits entre les 2 BV se rééquilibre donc.4.2.2. QualitéGrâce aux résultats des bilans 24 h, prévus dans le planning d’auto surveillance de laSTEP, il apparaît que l’effluent arrivant dans le PR de la STEP est un effluent relativement dilué.En effet, les concentrations en éléments polluants en entrée de STEP sont toujours situées dans lapartie basse des fourchettes de valeur des effluents domestiques classiques, comme indiqué encolonne 3 du tableau 1 ci-dessous 6 . [5] [12]Effluentd'entrée deSTEPBVTrélissacBV Trélissac +BV PréfectureVALEURSGUIDES DETEMPS SECDébit 346 m3 1 046 m3PluviométrieDBO5293 mg/l 135 mg/l 100-400100 kg/j 93 kg/jDCO817 mg/l 425 mg/l 300-1000271 kg/j 370 kg/jMES297 mg/l 220 mg/l 150-500103 kg/j 166 kg/jMVS250 mg/l 205 mg/l103 kg/j 151 kg/jNTK66 mg/l 55 mg/l 30-10027 kg/j 27 kg/jN-NH450 mg/l 44 mg/l 20-8021 kg/j 17 kg/jPt10 mg/l 8 mg/l 10-254 kg/j 4 kg/jTableau 1 : Concentrations en polluants de l’effluent d’entrée de STEP6 Les valeurs présentées dans ce tableau sont tirées des bilans bimensuels de la STEP, entre décembre etavril 2009.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 17 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Au regard de la qualité du réseau d’alimentation, un tel résultat n’est pas surprenant (conferpartie 1 – 3.2.), nous travaillons en fait avec un effluent très dilué, et ce d’autant plus depuis lamise en route du PR Préfecture.L’étude des ratios de composition de cette pollution (présentés dans le tableau 2) nousamène également aux conclusions suivantes : [11]- le ratio DCO/DBO 5 relativement élevé (égal à 3.1), indique une biodégradabilité del’effluent inférieure à la moyenne, tout comme le ratio DBO 5 /N/P depuis le refoulementdu PR Préfecture,- le ratio MES/DBO 5 également relativement élevé (égal à 1.6) indique que la productionde boue sera relativement importante par rapport à la charge polluante entrante,- le ratio MVS/MES de 0.9 également quelque peu élevé, nous indique que cet effluent esttrès organique, ce qui conduira à :o Une importante production de boues en excès,o Un taux de MVS important dans le réacteur biologique,o Un indice de Molhman (Im) élevé,o Une interrogation sur la présence d’effluents agro-alimentaire.- Enfin, le rapport DCO/P T très élevé lorsque la station ne reçoit que les effluents issus duBV Trélissac (84.2), indique une bonne aptitude au traitement biologique du phosphore.Effluentd'entrée deSTEPBVTrélissacBV Trélissac +BV PréfectureVALEURSGUIDES DETEMPS SECDCO/DBO 5 2,8 3,1 2,2-2,4MES/DBO 5 1,0 1,6 0,8-1,2DBO 5 /NTK 4,4 2,5 4-5N-NH 4 /NTK 0,8 0,8 0,6-0,8DCO/P T 84,2 50,6 44-50MVS/MES 0,8 0,9 0,65-0,75DCO/NTK 12,4 7,7 8,8-12DBO 5 /N/P 100/6/3 100/40/6 100/20/3Tableau 2 : Ratios caractéristiques de la pollution entrant sur la STEPSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 18 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)4.3. Le dimensionnementEn accord avec le cahier des clauses techniques particulières (CCTP) du dossier deconsultation des entreprises (DCE), la STEP de Trélissac a été redimensionnée pour unepopulation de 10 000 EH 7 répartie sur les BV Préfecture et Trélissac à l’horizon 2030.NB : A l’heure actuelle, malgré la mise en route du PR Préfecture, moins de 2000 EH (surla base de la DBO 5) sont réellement traités par la STEP.Le débit nominal de temps sec fixé par le CCTP et utilisé par le constructeur est de1870 m 3 /j et le débit journalier de temps de pluie acceptable sur la STEP doit être de 3200 m 3 /j.Les débits horaires de dimensionnement sont de 80 m 3 /h en moyenne et de 160 m 3 /h en pointe.Ces valeurs sont résumées dans le tableau 3 ci après.DébitJournaliertemps secJournalier tempsde pluieMoyen horairePointe horairem 3 1870 m 3 /j 3200 m 3 /j 80 m 3 /h 160 m 3 /hTableau 3 : Débits de base du dimensionnement de la STEPLes charges polluantes utilisées pour le dimensionnement de la filière de traitement sontcaractéristiques d’un effluent domestique classique, malgré le constat d’une importante dilutiondes effluents de ces BV. Ces charges polluantes de dimensionnement sont présentées dans letableau 4, qui rappelle également les mesures effectuées sur l’effluent d’entrée de STEP depuisdébut 2009.Effluentd'entrée deSTEPBV Trélissac +BV PréfectureVALEURSDIMENSIONNEMENTDébit 1 046 m3 1 869 m3DBO5135 mg/l 321 mg/l93 kg/j 600 kg/jDCO425 mg/l 642 mg/l370 kg/j 1 200 kg/jMES220 mg/l 482 mg/l166 kg/j 900 kg/jNTK55 mg/l 80 mg/l27 kg/j 150 kg/jPt8 mg/l 21 mg/l4 kg/j 40 kg/jTableau 4 : Récapitulatif des charges entrantes utilisées pour le dimensionnement7 Sur la base de la DBO 5 entrante de 60 g DBO 5 /EH/j.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 19 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)4.4. La filière de traitement des eaux usées – Introduction au traitement par bouesactivéesLe synoptique de la filière est présenté en annexe 4.4.4.1. Principe du traitement par boues activéesCe processus de traitement est fondé sur la consommation par une prolifération de microorganismes(ou biomasse) de la pollution azotée, carbonée et phosphorée entrant sur la station,alors considérée comme un substrat. Pour assurer le fonctionnement d’un tel traitement ilconvient alors de trouver un juste équilibre entre biomasse et substrat.L’oxygène étant un élément essentiel à la vie de la biomasse ainsi qu’à de nombreusesréactions bio et physico-chimiques, la gestion des concentrations en oxygène est un paramètrecrucial dans le fonctionnement d’une telle installation.[1] [4]Ce principe global de traitement peut être schématisé, selon la représentation de la figure 4ci-après. [11]Figure 4 : Schématisation du principe d’épuration par boues activéesRemarque : Les usages et objectifs de l’oxygène seront expliqués au fur et à mesure de leursapparitions le long de la filière de traitement des eaux qui se compose en fait de plusieurs étapesde traitement distinctes.- un prétraitement,- un traitement biologique à proprement parlé,- un traitement physico-chimique complémentaire et- la séparation des boues en excès de l’eau traitée.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 20 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)4.4.2. Le prétraitementLui-même constitué de plusieurs étapes, le prétraitement a pour objectif de débarrasserl’effluent entrant sur la STEP des matières et particules qui risquent gêner l’exploitation desouvrages ou endommager les équipements électromécaniques placés en aval.Pour ce faire, l’effluent passe en premier lieu par un dégrilleur, destiné à séparer leséléments grossiers de l’effluent liquide, avant d’arriver dans un dessableur-dégraisseur. [1] [5]4.4.2.1.Le dégrillage : fraction particulaire grossièreCette étape consiste en fait à faire passer l’effluent à travers une grille de façon à ledébarrasser de ces plus importants éléments en suspension.La STEP de Trélissac est équipée d’un dégrilleur automatique fin 8 , dont la largeur entredeux barreaux de la grille est de 6 mm. Les éléments de diamètre supérieurs sont ensuiterécupérés et compactés avant d’être évacués pour être enfouis comme de simples orduresménagères.En cas de dysfonctionnement un dégrilleur manuel (c'est-à-dire sans nettoyage automatiquede la grille) est installé en parallèle et peut retenir des éléments de diamètre supérieur à 1 cm.Etant donné les débits importants arrivant sur la STEP, le dégrillage automatique était plus quenécessaire.4.4.2.2.Le dessablage-dégraissage : fraction particulière décantable et fractionparticulaire hydrophobeLe dessablage a pour objectif de réduire le risque d’abrasion des conduites et pompes de laSTEP dû au sable, il n’a donc pas une fonction de traitement mais de protection.En revanche, le dégraissage vise à réduire les risques de colmatage (par solidification desgraisses), de flottation (ex : poires de niveaux), de réduction des transferts d’oxygène notammentdans le BA (par adsorption du floc et la création d’une pellicule en surface d’ouvrages) et lerisque de moussage et de développement de bactéries filamenteuses (en constituant un substratprivilégié pour ces micro-organismes). En trop grandes quantités elles risquent égalementaffecter les performances de la déshydratation. [1] [6] [7] [13]Sur la STEP ces deux étapes sont réalisées en simultané dans un même ouvrage cylindroconiquede 22 m 3 . Le sable décante au fond de l’ouvrage avant d’être récupéré par une pomped’aspiration. Une insufflation d’air de détassage permet également d’éviter l’ensablement dufond de cône.La flottation des graisses est favorisée par une turbine d’aération de 1,5 kW. Celles-ci sontalors récupérées par un raclage de surface, grâce à une densité des lipides inférieure à 1. Selonles sources, seuls 20 à 30 % des graisses sont réellement récupérées par ce type d’ouvrage aéré.[1] [2]8 On parlera de dégrillage fin pour un espace entre les barreaux de 3 à 10 mm.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 21 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)4.4.3. Le traitement biologique : le bassin d’aération (BA)Les effluents prétraités sont alors envoyés au centre d’un bassin circulaire de près de3000 m 3 (soit 5,8 m de hauteur d’eau). Ce bassin est composé de trois zones concentriques ayantchacune des rôles très différents dans le processus d’épuration.Comme illustré en figure 5 et 6, on y trouve dans l’ordre :- la zone de contact,- la zone d’anaérobie (en absence d’oxygène),- la zone d’aération prolongée.Zone de contactZone d’anaérobieZone d’aérationprolongéeFigure 5 : Photographie du BA de la STEP – Sandrine REJASSE le 06-03-09Figure 6 : Schémas de fonctionnement du bassin d’aération4.4.3.1.La zone de contactCette première zone centrale a pour fonction de permettre le mélange entre les eauxprétraitées, chargées en pollution à traiter, avec des boues riches en population bactériennerecirculées depuis un ouvrage aval du traitement (le clarificateur). Cette zone constitue donc unSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 22 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)lieu de rencontre entre le substrat de l’effluent et la biomasse déjà sur la STEP, dans le but demaintenir une activité biologique optimale.Dans cette zone de 36 m 3 (2,76 m de diamètre) l’effluent arrive de façon verticaleascendante tandis que la boue est amenée en surface par une conduite de diamètre 300. Conferphotographies en annexe 5.L’effluent passe alors dans la zone suivante par des fenêtres percées dans le béton en fondd’ouvrage. On parle alors de liqueur mixte.4.4.3.2.La zone d’anaérobie : préparation à la sur-assimilation du phosphoreCette zone dépourvue d’oxygène libre a pour objectif de favoriser la synthèse de polymèresstockés dans les cellules à partir de la pollution carbonée. La consommation d’énergie par lesbactéries nécessaire à cette synthèse (stockée sous forme de polyphosphates P-P) engendre unrelargage de phosphate dans le liquide interstitiel. [2] [11]NB : Ce relargage sera d’autant plus grand que la part de pollution carbonée assimilabledans l’effluent entrant sera grande. La dégradation de la pollution carbonée se feramajoritairement dans la zone suivante en présence d’oxygène.L’effluent, après avoir traversé cette zone de 275 m 3 , repart alors par la surface du cotéopposé à son arrivée vers la zone suivante. (Confer schéma en figure6)4.4.3.3.La zone d’aération prolongéeLors de l’arrivée de la liqueur mixte dans cette dernière zone du BA, les bactéries stresséesvont alors profiter d’un milieu oxygéné (ou aérobie) pour stocker de nouveau de l’énergie sousforme de liaisons P-P, il y a alors sur-assimilation du P par rapport à la part relarguée en zoned’anaérobie. Confer figure 7 ci-dessous.Figure 7 : Evolution du phosphore entre anaérobie et aérobie [11]Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 23 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Mais cette dernière zone du bassin d’aération est également soumise à une variationtemporelle de sa concentration en 0 2 libre et lié. En effet, des phases d’aération sont générées parle fonctionnement périodique de suppresseurs de 1700 Nm 3 alimentant 3 rampes d’aération àmembranes fines bulles (confer figure 6).Lors des phases d’aération les bactéries vont utiliser l’oxygène disponible sous forme libredans l’effluent pour dégrader la pollution carbonée et l’azote qui arrive sous la forme NH 4 et letransformer en NO 3 .Ce n’est que lors des phases d’arrêt de l’aération, une fois que les bactéries aurontconsommé tout l’O 2 disponible sous forme libre, que celles-ci vont utiliser l’oxygène disponiblesous forme liée dans les nitrates (NO 3 ) pour assurer leur activité et leur respiration. Elles vont enfait par ce moyen dégrader l’azote sous sa forme N-NO 3 en N 2 gazeux. Confer figure 8 cidessous.Figure 8 : Dégradation et assimilation de la pollution dans le BA. [11]A ce stade de la filière de traitement, la pollution carbonée et azotée a presque entièrementété dégradée. Seule une partie de la pollution phosphorée et azotée (N 2 gazeux) est encoreprésente en concentration non négligeable dans l’effluent. Le reste de la pollution est en faitpiégé dans les boues bien que celles-ci soient encore mélangées à l’effluent traité.4.4.4. Le traitement physico-chimique du phosphoreLa dégradation du phosphore par voie biologique n’étant pas ou pas toujours suffisante, ilétait indispensable de disposer d’un traitement complémentaire : un traitement physico-chimiqueau chlorure ferrique.En effet le chlorure ferrique, FeCl 3, réagit avec le phosphore P selon la réaction suivante :FeCl + NaH PO ⇒ FePO ↓ + NaCl 2HCl3 2 44+Il y a donc création d’un précipité FePO 4 qui piège le phosphore qui se retrouve alors dansles boues. Le phosphore est donc extrait de la filière de traitement avec les boues. On comprendSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 24 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)bien ainsi que l’adjonction de FeCl 3 conduit à une augmentation de la production de boue del’ordre de 20%. On parle ainsi de boue physico-chimique. [2] [6] [11]NB : Une réaction parasite est toutefois à prévoir dans le BA et conduit à la production deboue supplémentaire :3+−Fe + 3OH⇒ Fe(OH ) ↓Remarque : d’autres réactifs peuvent servir à un traitement similaire comme les selsd’aluminium (Al 2 (SO 4 ) 3 , polychlorures), la chaux (Ca(OH) 2 ) et un autre sels de fer (FeClSO 4 )3Sur la STEP un taux de traitement de 77 g de FeCl 3 /m 3 d’eau entrante est appliqué depuisla mise en route en avril 2008, soit une consommation en produit commercial de 135 l/j.4.4.5. Le dégazageUne fois le phosphore totalement éliminé de l’effluent (par assimilation et précipitation), ilne reste donc plus qu’à se débarrasser du N 2 encore dissous dans la liqueur mixte.Pour ce faire, la liqueur mixte arrive gravitairement dans un puits, appelé puits dedégazage, où la différence de niveau hydraulique de 1,4 m entre les 2 extrémités de la conduitede diamètre 300 crée une chute libre et donc un dégazage du N 2 de la liqueur mixte.4.4.6. Le clarificateurL’arrivée de la liqueur mixte dans cet ouvrage de 20,3 m de diamètre et de 3,5 m dehauteur d’eau est centrale. La boue décante alors au fond de l’ouvrage où un ensemble de troisconduites l’aspire par suçage. C’est alors par siphonage que cette boue est envoyée dans unegoulotte au centre de l’ouvrage puis vers le puits de recirculation. Confer figure 9 ci-dessous.NB : aucune énergie n’est nécessaire à la mise en mouvement de la boue dans leclarificateur. En effet, seul le fonctionnement de la recirculation ou de la déshydratation (confertraitement des boues) induira une baisse de niveau dans le puits de recirculation et donc parconséquent dans la partie centrale du clarificateur.Figure 9 : Schéma de fonctionnement du clarificateur et de l’évacuation des boues.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 25 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)On comprend bien alors le rôle essentiel du dégazage si l’on veut éviter que ce dégazage nese fasse sauvagement dans le clarificateur et risque ainsi emporter vers la surface des amas deboue avec le N 2 gazeux.4.4.7. La recirculationComme précédemment évoqué, la recirculation permet de maintenir une concentrationrelativement constante dans le BA, une optimisation de l’activité de la biomasse et d’éviter undépart de boue ainsi qu’un temps de séjour trop long dans le clarificateur. En effet, un séjour troplong de la boue dans le clarificateur risque de mener à de l’anaérobiose (absence stricte d’O 2 ).Ce débit de recirculation est déterminé en fonction de :- l’Indice de Mohlman de la boue (ou de son indice de boue IB),- la concentration en matière sèche (MS) dans le BA ainsi que- le temps de séjour de la boue dans le clarificateur et- le débit traversier de la STEP (ou débit d’entrée).Remarque : le temps de séjour de la boue dans le clarificateur et le débit de recirculation sontinterdépendants.4.4.8. Traitement des graisses : BIOLIX ®La STEP dispose d’un procédé BIOLIX ® , c'est-à-dire un procédé biologique dedégradation des déchets graisseux par aérobie mis au point par la Compagnie Générale des Eauxet commercialisé par OTV. [5]Sur la STEP, ce BIOLIX ® est caractérisé par un volume utile de 38 m 3 . Son aération estpermise par un hydro injecteur de 5,9 kW et aucun nutriment n’est apporté. Seules les graissesrécupérées par le racleur de surface du dessableur-dégraisseur l’alimentent. Les boues récupéréesen fond de BIOLIX ® à 30 cm du fond (soit 2,70 m en dessous de la surface libre) sont envoyéesvers le poste toutes eaux de la STEP.4.4.9. Traitement des boues : centrifugationOn comprend aisément que si l’arrivée d’effluent brute est constante, une évacuationrégulière des boues est nécessaire pour éviter une accumulation de la pollution dans lesouvrages. Si on n’évacuait pas suffisamment ces boues on risquerait en effet d’assister à leurfuite depuis la goulotte d’eau traitée du clarificateur.Sur la STEP le traitement des boues est effectué en direct par extraction depuis le puits derecirculation des boues. Les boues sont envoyées sur une centrifugeuse dont la charge massiquemaximale admissible est de 400 kg/h pour une charge hydraulique maximale de 21 m 3 /h. Cettecentrifugeuse permet alors d’obtenir, avec un taux de traitement en polymère de 8 à 12 kg/t, desboues à 20% de siccité qui sont ensuite évacuées en benne pour être réutilisées en compostage.Le schéma de fonctionnement de l’atelier de déshydratation est présenté en figure 10 ci-dessous.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 26 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Figure 10 : Schéma de fonctionnement du clarificateur et de l’évacuation des boues.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 27 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 1 Page 28 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)PARTIE 2 : Optimisation et mise en route de l’usine1. Objectifs du stage et méthodologie1.1. Les objectifsL’objectif de ce stage de fin d’études sur cette STEP était double :- effectuer un diagnostic de l’installation et apporter des propositions d’améliorationde son fonctionnement,- créer un manuel d’exploitation de l’installation dans le but de faciliter sonexploitation et participer à la formation des agents.Remarque : Ce guide de fonctionnement, trop volumineux pour pouvoir être intégré à cedocument, sera présenté au jury lors de la soutenance de ce travail de fin d’études.1.2. MéthodologieLe manuel d’exploitation créé correspond en fait à un ensemble de protocoles etprocédures relatifs au fonctionnement détaillé des installations du site, aux opérations demaintenance ainsi qu’aux consignes de réglages de la station proposées.Pour réaliser ces protocoles et procédures, il a été nécessaire de :- consulter régulièrement la documentation constructeur des différents équipements,- effectuer l’exploitation même de la STEP, tout au long du stage, pour mieux comprendre etmaîtriser son fonctionnement,- suivre l’évolution de la réception complète de la STEP,- communiquer avec les agents responsables du secteur, qui étaient et qui seront en charge decette STEP, afin de collecter et transmettre chaque jour un maximum d’informations relativesau fonctionnement et dysfonctionnement de la STEP.Cette première partie rédactionnelle autour de la STEP, a donné suite en fin de stage à uneformation succincte du personnel.D’autre part, le diagnostic de l’installation est également le résultat de plusieurs étapes detravail :- le redimensionnement des installations à partir du CCTP de la STEP,- la comparaison des résultats obtenus avec les installations en place,- la mise en perspective des conclusions théoriques avec les constatations effectuées au coursde l’exploitation du site.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 29 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Ce diagnostic a finalement permis d’arriver à des propositions à court et long terme pourl’optimisation du fonctionnement de la STEP.2. Révision du dimensionnement : analyse théoriqueConfer annexe 6 : Révision du dimensionnement de la STEP2.1. Dessableur-dégraisseurAprès avoir considéré les vitesses de décantation des sables et de flottation des graisses auxdébits moyens de temps sec, de temps de pluie et de pointe (de 200m 3 /h), ainsi que les temps deséjour de l’effluent minimum à ces différents débits, nous estimons un volume minimal de lapartie cylindrique de l’ouvrage de 22 m 3 avec 8.8 m² de surface (confer annexe 6 – A). Aprèsconsultation du CTA et du SEA 9 , ce volume minimum a par la suite été estimé à 33 m 3 . Parconséquent, avec un volume de cylindre de 22 m 3 , il se pourrait que l’ouvrage de dessablagedégraissagesoit sous dimensionné. [12], [5].Alors que le débit de dimensionnement utilisé par le constructeur est de 80 m 3 /h, et que leréel débit de refoulement d’une pompe du PR est de 90 m 3 /h, on obtient un temps de séjour d’àpeine 15 min associé à une vitesse de 8.5 m/h, contre une vitesse minimale de flottation desgraisses de 10 m/h. Mais, au débit de pointe de 200 m 3 /h, atteint plusieurs fois par jour en tempsde pluie, ce temps de séjour n’est plus que de 7 min et la vitesse de 18.5 m/h, contre un objectifde 10 min et de 15 m/h minimum. A ce débit de pointe on risque donc ne pas réussir à fairedécanter les sables et flotter les graisses. Confer tableau 5 ci-dessous.DébitJournalier detemps sec actuel :50 m 3 /hRefoulement d’unepompe du PR :90 m 3 /hJournalier nominalde temps sec :78 m 3 /hJournaliernominal detemps de pluie:130 m 3 /hPointe :200 m 3 /hVitesse réelle 10 4.5 m/h 8.5 m/h 7 m/h 12 m/h 18.5 m/hVitesse minimalede flottationTemps de séjourréelTemps de séjourminimum attendu10 m/h 15 m/h26 min 15 min 17 min 10 min 7 min15 min 10 minTableau 5 : Diagnostic du fonctionnement du dessableur-dégraisseur9 Grâce à Emmanuel CARRIER (CTA) et Loëtitia JAUJARD (SEA).10 La comparaison de cette vitesse de passage et de la vitesse de flottation des graisses n’a pas de sens sion ne tient pas compte de l’aéroflot présent dans l’ouvrage.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 30 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Toutefois, en considérant les 11 m² de surface de l’ouvrage, un aéroflot de 0.7 à 0.9 kWaurait été adapté (sources : SEA, [1]) pour faciliter la flottation des graisses. Or un aéroflot de1.5 kW est en place dans l’ouvrage ce qui semble surdimensionné.2.2. Traitement biologique2.2.1. Zone de contactPour jouer son rôle de sélectionneur d’espèce (ex : Acinetobacter, Moraxella…), l’effluentdoit passer un temps suffisant dans cette zone de l’ordre de 10 minutes minimum en pointe et de20 à 25 minutes en moyenne. [SEA] [1] [11]Avec un débit de pointe de 200 m 3 /h en entrée associé à une recirculation maximale de 175m 3 /h, on estime le volume minimal de cette zone de contact à une soixantaine de m 3 contreseulement 36 m 3 en réalité (confer annexe 6 – B).Au débit journalier moyen de temps sec actuel de 50 m 3 /h (à 150 % de recirculation), onobtient donc un temps de séjour de 17 min dans l’ouvrage. Au débit de pointe ce temps de séjourde seulement 6 minutes sera également inférieur au temps minimum attendu de 10 min. Confertableau 6.DébitJournalier detemps sec actuel :50 m 3 /hRecircu. à 150%Refoulement d’unepompe du PR :90 m 3 /hRecircu. à 0 ou 115m 3 /hJournalier nominalde temps sec78 m 3 /hRecircu. à 0 ou 115m 3 /hJournalier nominalde temps de pluie130 m 3 /hRecircu. à 170 m 3 /hPointe :200 m 3 /hRecircu. à 170m 3 /hTemps de séjourréel17 min24 min à 10 min(10 min à 150%)27 à 11 min(11 min à 150%)7,2 min 6 minTemps de séjourminimumattendu20-25 min 10 minTableau 6 : Diagnostic du fonctionnement de la zone de contactPar conséquent, malgré un bon ajustement du taux de recirculation, la zone de contactsemble très fragile quant à son rôle de sélectionneur de bactéries. Un risque de dégradation de laqualité de la boue pourrait donc être à craindre, ainsi qu’un développement des bactériesfilamenteuses.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 31 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2.2.2. Zone d’anaérobieDe la même façon, un temps de séjour de 90 à 120 minutes doit être conservé dans cetteseconde zone pour permettre un relargage suffisant de P-PO 4 .Le débit de pointe de 370 m 3 /h (200 m 3 /h avec une recirculation maximum) nous amèneainsi à un volume de zone d’anaérobie entre 400 et 500 m 3 , contre seulement 275 m 3 en réalité(confer annexe 6 – C).Le temps de séjour de l’effluent dans cette zone ne sera donc que de 45 minutes en pointeet de 85 à 210 minutes (en fonction de la recirculation) au débit journalier nominal de temps sec.Confer tableau 7 ci-dessous.DébitJournalier detemps sec actuel :50 m 3 /hRecircu. à 150%Refoulement d’unepompe du PR :90 m 3 /hRecircu. à 0 ou 115m 3 /hJournalier nominalde temps sec :78 m 3 /hRecircu. à 0 ou 115m 3 /hJournalier nominalde temps de pluie :130 m 3 /hRecircu. à 170 m 3 /hPointe :200 m 3 /hRecircu. à170 m 3 /hTemps de séjourréel130 min180 à 80 min(73 min à 150%)85 à 210 min(85 min à 150%)55 min 45 minTemps de séjourmini. attendu120 min 90 minTableau 7 : Diagnostic du fonctionnement de la zone d’anaérobieLa capacité de cette zone, à permettre la déphosphatation biologique de près de 50% duphosphore total entrant, avancée par le constructeur, semble donc ici devoir être mise en doute.Remarque : de faibles concentrations de l’effluent pourraient toutefois compenser ce sousdimensionnement.2.2.3. Zone d’aération : dimension et concentration selon l’âge de boueComme évoqué en partie précédente, la boue présente dans cette zone constitue unebiomasse qui va utiliser comme substrat la pollution contenue dans l’effluent. Le bonfonctionnement de cette zone est donc dépendant de la population bactérienne de cette zone(quantité et qualité), du substrat (charge entrante) et de leur environnement (concentration en O 2libre et lié). L’estimation du volume de dimensionnement de cette zone passe donc notammentpar l’évaluation de la production de boue au débit nominal.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 32 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2.2.3.1.Charge de travail dans l’ouvrageCette charge de travail correspond en fait à la concentration en matière en suspension(MES) à laquelle on souhaitera maintenir la zone d’aération. Cette concentration est significativede la quantité de boue, et donc de bactéries, présentes dans l’ouvrage pour assurer le traitementde la pollution.Cette charge optimum de travail doit être suffisante pour que le traitement soit possible,mais pas excessive. En effet, plus on aura une concentration importante dans l’ouvrage, plus laquantité de boue présente sur la STEP sera importante. On raisonnera sur ce point en terme de kgde matière sèche ou MS. Par conséquent, plus on aura une concentration importante, plus l’âgede la boue sera important et ses qualités d’épuration et de décantation risquent alors de s’enressentir. [2] [7] [11]Pour ce bassin de 2940m 3 (dont 2625m 3 de zone d’aération), le constructeur préconise detravailler à une concentration de 4.6 g MES/l. Avec une telle concentration, la production deboue au débit nominal étant estimée à 970 kg MS/j (confer § 2.5. de cette partie), l’âge moyen decette boue sera de 20 jours (sur la base du temps sec). Cependant, les concentrations en entrée deSTEP étant bien inférieures à celles utilisées pour le dimensionnement, la production de boueréelle est moindre. Ainsi à l’heure actuelle, alors que le débit de temps sec est de 1000 m 3 /j (soit54% du nominal) la production de boue n’est estimée qu’à 250 kg MS/j soit seulement 25% de laproduction utilisée pour le dimensionnement.A l’heure actuelle, si on travaillait à 4.6 g/l, l’âge de boue serait donc de 85 jrs. Pourobtenir un âge de boue acceptable de 30 jours il faudrait travailler à une concentration de 2 g/l.Par extrapolation des concentrations mesurées au débit nominal, si on travaillait à 4,6 g/l,l’âge de boue serait alors de 50 jrs. Pour obtenir un âge de boue acceptable de 30 jours il faudraitdonc travailler à une concentration de 3 g/l comme récapitulé dans le tableau 8 ci-après.Paramètres 11Selon leconstructeurDébit nominal :1870 m 3 /j [MESBA] = 4.6g/lDébit nominal :1870 m 3 /j[MES BA ] =4.6g/lDébit nominal :1870 m 3 /j[MES BA ] =3 g/lDébit actuel :1000 m 3 /j[MES BA ] =4.6 g/lDébit actuel :1000 m 3 /j[MES BA ] =2 g/lProduction deboue (cf §2.5.)870 kg/j 360 kg/j 220 kg/jAge de la boue 19 jours 50 jours 30 jours 85 jours 30 joursTableau 8 : Détermination de la concentration de travail optimale11 Ce tableau est obtenu d’après une étude des productions de boue avec les concentrations réellementmesurées en entrée de STEP et non pas les charges théoriques.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 33 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)L’âge de boue minimum nécessaire à la dénitrification étant de seulement 9 jours, onoptera donc pour de faibles concentrations de travail dans le bassin d’aération, qui ne devrontexcéder les 3-3.5 g/l si on veut conserver une bonne qualité de boue. Ce choix sera justifié par lasuite.2.2.3.2.Besoin en oxygène et aérationCe besoin en oxygène correspond à l’oxygène nécessaire pour :- faciliter la sur-assimilation du P par les bactéries qui ont étés stressées (par privationd’oxygène) dans la zone précédente c'est-à-dire la zone d’anaérobie,- permettre la dégradation de la pollution carbonée, assimilée par les bactéries lors de laphase d’anaérobie,- permettre la dégradation de l’azote sous sa forme N-NH4. Il y a alors formation de N-NO 3 ,- fournir l’O 2 nécessaire à la respiration propre des bactéries, (également appeléerespiration endogène)Confer annexe 7 pour le détail du calcul du besoin en oxygène.Au débit nominal, en travaillant à 4.6 g/l, ce besoin en oxygène a été estimé entre 13 h et14 h/j d’aération. Avec les charges réellement reçues par la station ce besoin en O 2 ne serait plusau débit nominal que de 10 h.A l’heure actuelle, pour une concentration de 3,5 g/l de MES dans le BA (soit un âge deboue de 50 jrs de temps sec), on estime ce temps à 7 h/j. On souligne ici le fait que plus laconcentration dans le BA sera forte plus la durée d’aération journalière sera importante. En effet,si on travaillait à 3 g/l dans le BA il suffirait de 6 h d’aération par jour. 12Les valeurs explicitées ci-dessus sous récapitulées dans le tableau 9.Tableau 9 : Détermination du temps d’aération optimalOn constate également grâce au tableau 9, que plus on travaillera à une concentrationélevée dans le bassin d’aération plus il risque d’être difficile de parvenir à réaliser en totalité lesphases de nitrification et dénitrification dans une même journée.12 Remarque : ces calculs ont été menés sans la considération des nitrates qui pourraient être présents dansl’effluent d’entrée.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 34 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2.2.4. Traitement physico-chimique complémentaire pour la déphosphatationCe traitement ayant pour objectif de faire précipiter le phosphore par combinaison avec lesatomes de fer (Fe) contenus dans le chlorure ferrique (confer partie 1 §4.4.4.), la dose dechlorure ferrique à injecter est calculée à partir de la quantité de phosphore n’ayant pas étéassimilée par voie biologique.A partir des charges réellement mesurées en entrée de STEP, on obtient des résultats trèsvariables en utilisant des méthodes différentes. En effet, bien que les paramètres de charge et dedébit soient identiques, l’application des méthodes ENGEES [11] et GITE [2] donnent trèssouvent des résultats très différents, comme au débit et charge théoriques actuels (BV Trélissac +BV Préfecture) où l’on arrive à 170 g FeCl 3 actif / m 3 avec la méthode ENGEES et seulement100 g FeCl 3 /m 3 selon le GITE. En considérant les concentrations réelles, cet écart de résultatdiminue mais persiste. Selon les résultats d’analyses utilisés, un taux de traitement compris entre20 et 50 g FeCl 3 /m 3 semble alors indiqué. Le constructeur avançait sur ce point un taux detraitement de 50g FeCl 3 /m 3 pour une dégradation du phosphore par voie biologique à hauteur de50 % du Pt entrant. Il est bien ici démontré que le taux de traitement en chlorure ferrique àappliquer est inversement proportionnel à la charge organique entrante (sous la forme DCO etDBO 5 ).Les résultats de l’injection de chlorure ferrique à appliquer sont présentés dans le tableau 10ci-dessous. Pour plus de détails sur les méthodes de calcul utilisées voir l’annexe 8.Tableau 10 : Détermination de la dose de FeCl 3 optimaleSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 35 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2.3. ClarificateurLe clarificateur est dimensionné pour permettre une décantation des boues suffisante touten assurant un temps de séjour de cette boue ne dépassant pas les 2h.Par extrapolation des charges mesurées sur la STEP au débit traversier nominal et à laconcentration de 4.6 g MES/l dans le BA, en considérant l’Im de 220 ml/g mesuré sur la STEP,on arrive à une estimation du volume du clarificateur de 1200 m 3 pour un diamètre de 17 m. Orbien que l’ouvrage en place soit de 1130 m 3 , le diamètre du clarificateur en place est de 20 m. Aforte charge il faudrait donc faire attention à la remontée éventuelle du voile de boue maiségalement au temps de séjour de la boue dans le clarificateur.Le temps de séjour ou TSB, étant calculé en fonction de la charge massique de la station, iln’est pas surprenant de constater de nouveau des temps de séjour trop élevés sur la STEP.Le tableau 11, établi avec un taux de recirculation de 150%, démontre bien qu’avec unefaible charge entrante constatée, il faudrait travailler à de très faibles concentrations dans lesbassins ou utiliser un taux de recirculation supérieur.Remarque : augmenter le taux de recirculation risque conduire à d’autres dérives. Conferparagraphe suivant.Débit nominal :1870 m 3 /jParamètres 13[MES BA ] =4.6g/lDébit nominal :1870 m 3 /j[MES BA ] =3g/lDébit actuel :1000 m 3 /j[MES BA ] =4.6 g/lDébit actuel :1000 m 3 /j[MES BA ] =3.5 g/lDébit actuel :1000 m 3 /j[MES BA ] =2 g/lMasse de boueclarificateur4100 kg 2700 kg 4300 kg 3200 kg 1700 kgTSB 14 2 h 40 min 2 h 30 min 2 h 50 min 2 h 45 min 2 h 35 min2.4. RecirculationTableau 11 : Etude du temps de séjour de la boue dans le clarificateurLe débit de recirculation à appliquer peut être estimé de façon très rapide par la formulesuivante :Trecirculation=[ MS]BA(g / l)[ MS] (g / l) − [ MS] (g / l)recirculationBA13 Ce tableau est obtenu d’après une étude des productions de boue avec les concentrations réellementmesurées en entrée de STEP et non pas les charges théoriques.14 TSB : Temps de séjour de la boueSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 36 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Où : [ MS]recirculationVtotalBA[ MS]BA(g / l) +Im(ml / g)(g / l) = et Im = Indice de Molhman3Avec un Im mesuré sur la STEP de 220 ml/g, à 3 g/l dans le BA (choisi en paragraphe3.2.1.), le taux de recirculation à appliquer est ainsi de 150% comme visualisable sur le tableau12 ci-après.[MS BA ] en g/l 2 g/l 2.5 g/l 3 g/l 3.5 g/l 4 g/l 4.5 g/l[MS recircu ] en g/l 4.7 g/l 4.9 g/l 5 g/l 5.3 g/l 5.5 g/l 5.6 g/lTaux de recircu. 75% 105% 150% 195% 265% 410%2.5. Filière boueTableau 12 : Détermination du taux de recirculation optimalPour se maintenir à une concentration constante dans les ouvrages, il faut absolumentextraire chaque semaine l’équivalent de la production de boue, d’où l’importance de bienconnaître cette production.La méthode de calcul de cette estimation de la production de boue est explicitée enannexe 9. Depuis le refoulement du PR Préfecture, on estime ainsi cette production de boue à1.5 t MS/semaine, comme représenté sur la figure 11.Mise en route du PR PréfectureFigure 11 : Bilan des boues sur la STEP – Semaines n°1 à 13Au débit nominal, cette production serait donc de 360 kg/j par extrapolation des chargesréelles, alors que le calcul basé sur les charges théoriques annonçait 870 kg/j (selon leconstructeur). Il semblerait donc qu’une extraction de 2.5 t MS/semaine suffise au débit nominal.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 37 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3. Résultats du fonctionnement et analyses des dysfonctionnements : analysepratique3.1. Prétraitement3.2.1. Le dégrillageBien que le dégrilleur automatique soit en fonctionnement permanent, un dépôt de sable estrégulièrement constaté dans la partie manuelle de l’équipement. Confer figure 12.Partie automatiquePartie manuelleFigure 12 : Photographies du dégrilleur de la STEP – Juin 2009 – Sandrine REJASSEIl apparaît en réalité que lors du fonctionnement de la partie automatique, l’ensemble dusystème se met à l’équilibre par un retour des eaux, par la conduite de sortie du dégrilleur, dansla partie manuelle. Les vitesses étant quasi nulles dans cette zone manuelle, le sable y décantedonc.Les sables :3.2.2. Le dessablage-dégraissageLa quantité de sable récupérée en sortie de classificateur est extrêmement faible par rapportà la production attendue. En effet, avec une production de sable théorique de 1.8 l/EH/an, pour2400 EH à l’heure actuelle (sur la base de la DCO) on prévoit une production théoriqued’environ 12 l de sable par jour. Or le volume de sable réellement récupéré est inférieur à 1 l/j.Différentes hypothèses ont alors été formulées concernant cette problématique :accumulation du sable dans le dessableur malgré le détassage régulier, traversée du sable autravers de l’ouvrage en direction du bassin d’aération, et/ou stockage du sable dans le réseau etles PR.La première de ces hypothèses semblait la plus plausible, mais une vidange totale del’ouvrage réalisée au début du mois d’avril n’a pas montré la présence de sables en fondd’ouvrage.Le sous dimensionnement de l’ouvrage ainsi que le surdimensionnement de la turbine deflottation des graisses, mis en évidence lors du diagnostic théorique, nous incite à penser que lesable traverse le dessableur. De plus, l’arrivée de l’effluent dans l’ouvrage n’est pas tangentielleSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 38 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)mais radiale et directement dirigée sur la turbine, ce qui risque encore d’aggraver les problèmesde décantation des sables, comme représenté en figure 13 ci-après.Figure 13 : Photographies du dessableur de la STEP – Mars 2009 – Sandrine REJASSEDes essais d’arrêt de la turbine ont alors été menés pour valider cette hypothèse. Après 3essais d’arrêt de fonctionnement de la turbine sur des périodes de 4 jours, il semble que l’onrécupère plus de sable lorsque la turbine ne fonctionne pas. Cependant, la variation de lapluviométrie au cours de ces phases de marche et d’arrêt de la turbine pourrait à elle seuleexpliquer la variation de la production de sable. De plus, l’étude menée sur la production desable au cours du mois d’avril 2009 n’était pas quantitative mais qualitative. Il sera doncessentiel de mener une véritable étude chiffrée autour de cette hypothèse avant de prendre desmesures correctives.De plus, un isolement prochain de la zone de contact du BA et un sondage du fond del’ouvrage pourraient permettre de confirmer cette théorie mais pas de l’infirmer.Enfin, la dernière de ces hypothèses, à savoir l’accumulation de sable dans le réseau et lesPR ne peut pas non plus être négligée.En effet, bien que les conditions minimales en terme d’autocurage soient validées 15 , et quede grandes quantités de sable étaient récupérées sur l’ancienne station d’épuration, le réseaualimentant la STEP a été largement étendu avec la modification du PR Préfecture. De plus, onconstate depuis fin mai, période marquée par d’importantes précipitations une augmentation de15 Par la méthode des vitesses on obtient une vitesse d’écoulement en pointe de temps sec de 0,75 m/s(avec un objectif de 0,6 m/s pour respecter l’autocurage) et de 0,37 m/s au débit moyen journalier. Audébit nocturne on obtient également une vitesse moyenne de seulement 0.30 m/s, entre minuit et 5h, cequi reste acceptable.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 39 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)la récupération des sables. Cette augmentation pouvant être due au lessivage des surfaces, peutégalement être expliquée par une fin de la période de mise en service de la conduite derefoulement du PR Préfecture (alimentant à 70% la STEP). Il est probable qu’une importantequantité de sable se soit déposée entre les mois de mars et mai sur les 6,3 km de cette conduitede plus de 200 m 3 .Les graisses :En partie supérieure du dessableur-dégraisseur, le saut à ski de récupération des graisses desurface est régulièrement encombré par de la filasse. Cette filasse se retrouve alors à son tourdans le BIOLIX où elle vient régulièrement bloquer le corps de la turbine d’aération placée enfond d’ouvrage. Si la turbine reste bloquée quelques heures, on assiste alors à une séparation dephase dans le BIOLIX, où les graisses et la filasse remontent en surface et viennent à leur tourcolmater la conduite de départ de la boue graisseuse vers le poste toutes eaux.La présence de filasse dans cet ouvrage, bien que problématique pour son exploitation, esttout à fait normale et même bénéfique au reste de la filière de traitement. En effet, elle risqueraitde colmater des conduites de la STEP ou bien encore de gêner la décantation des boues.3.2. Le traitement biologique3.2.1. Age de boueComme il a déjà été évoqué précédemment, l’âge de boue est un paramètre essentiel pourcaractériser le fonctionnement d’une STEP de type boue activée. En effet, il doit êtresuffisamment élevé pour permettre le maintien des populations nitrifiantes (>9 jours) maissuffisamment faible pour que la qualité de la boue ne se dégrade pas (en termes de décantation etde capacité épuratoire). Pour agir sur cet âge de boue, il suffit de faire varier la concentration dela boue, notamment dans le BA. Pour ce faire, il convient alors de travailler sur l’extraction desboues en excès.Pour obtenir un âge de boue de 30 jours sur la STEP, il faudrait à l’heure actuelle pouvoirrester à 2 g MES/l. Au débit nominal on pourra en revanche monter jusqu’à 3 g/l.Cependant, après quelques mois d’exploitation nous nous sommes aperçus qu’il estimpossible, en fonctionnement normal, de faire descendre la concentration du BA à 2g/l.En effet, à de telles concentrations dans le BA, la boue de recirculation (et doncd’extraction) ne contiendrait pas plus de 3 g MES/l, comme visualisable sur le graphe de lafigure 14 ci-dessous. Or, pour que la déshydratation puisse fonctionner il faut travailler à uneconcentration minimale de 4.7 g MES/l (confer §3.4.).Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 40 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Figure 14 : Evolution de la concentration de la boue d’extraction en fonction de la charge du BAAinsi en déshydratant 8h/j tous les jours (pour plus de 800 m 3 de boue centrifugée) nous nesommes pas parvenus à descendre en dessous de 3 g MES/l. Pour atteindre les 2.5 g/l nous avonsalors décidé de fonctionner en mode dégradé : par l’épaississement des boues dans leclarificateur durant la matinée et la déshydratation de ces boues épaissies au cours de l’aprèsmidisuivante. Nous atteignions ainsi jusqu’à 16 g MES/l dans la boue extraite.Une première grande problématique est donc ici soulevée : pour conserver une bonnequalité de boue on devrait être à 2 g/l dans le BA mais les équipements en place ne nouspermettent pas de travailler normalement à moins de 3.5 g/l.Remarque : A cette dernière concentration l’âge de boue, pour la situation actuelle, étantdéjà de 55 jours et l’Im mesuré de 220 ml/g.3.2.2. Elimination du phosphoreDes mesures ponctuelles effectuées, le long de la filière de traitement, sur deux journées detemps sec, avaient pour but de nous permettre d’étudier le bon fonctionnement de ladéphosphatation biologique. Le principe du phénomène de sur-assimilation du phosphore par lesbactéries depuis le liquide interstitiel, précédemment abordé, est illustré en figure 15.Figure 15 : Principe de la sur-assimilation du phosphore [11]Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 41 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Le phosphore étant présent sous différentes formes (dissoute, dans les colloïdes, lesparticules ou les bactéries), pour étudier les concentrations en phosphore dans le liquideinterstitiel, nous avons procédé à une filtration (identique à celle réalisée pour la mesure desMES). Les résultats de ces mesures sont présentés dans le tableau 13.[P-PO 4 ] (mg/l)EchantillontotalFiltratSurnageant(après 15min)Eau brute 8,7 mg/l 3,4mg/l -Eau prétraitée 4,4 mg/l 2,3 mg/l 4,1 mg/lBoue recirculée > 25 mg/l 0,1 mg/l 0 mg/lMoyenne en entrée de zone decontact 16 18,6 mg/l 1,0 mg/l 1,6 mg/lSortie anaérobie 19,7 mg/l 0,6 mg/l 0,8 mg/lSortie du BA (avant début aération) 15,7 mg/l 0,2 mg/l 0,3 mg/lSortie du BA (fin aération) 14,7 mg/l 0,3 mg/l 0,5 mg/lEau traitée 0,21mg/l - -Tableau 13 : Analyses de la concentration en phosphore le long de la filièreSi l’on s’intéresse aux mesures de filtrat, on constate que l’on est bien en deçà desconcentrations considérées en figure 15. De plus, dans les filtrats, aucun relargage de phosphoren’est prouvé durant le passage de l’effluent en zone d’anaérobie. En effet, on passe d’uneconcentration moyenne de 1 mg/l à 0,6 mg/l. En réalité, 17%((1mg/l-0,6mg/l)/2,3mg/l) du P-PO 4du filtrat entrant sur le traitement biologique est même assimilé dans cette zone. Cetteassimilation se poursuit alors normalement dans la zone d’aération passant de 0,6 à 0,2-0,3 mg/l.Mais ces résultats ayant été obtenus par filtration de la totalité des MES, il se peut que lefiltre utilisé soit trop fin pour permettre le passage de la totalité des éléments présents dans leliquide interstitiel. C’est pourquoi nous nous intéresserons plutôt aux mesures sur l’ensemble del’échantillon, présentées en colonne 2 du tableau 13.16 Avec une recirculation à 150%. Exemple : pour une eau prétraitée à 2,3 mg/l et une eau recirculée à0,1, la moyenne est de 1,0 (soit (1*2,3+1,5*0,1)/2,5).Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 42 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Ainsi on observe bien un relargage de phosphore de 18,6 à 19,7 mg/l puis une suassimilationdu P en zone d’aérobie de 3,9 mg/l (18,6-14,7mg/l) soit 21% de la pollution de têtede BA (eau prétraitée + recirculation) ou 87% de l’eau pré-traitée.Mais encore une fois, le protocole de mesure utilisé pour ces analyses ne garantit pas laqualité des mesures par spectrophotométrie, car les échantillons analysés étaient déjà chargés enmatières.Enfin, les derniers chiffres annoncés ne tiennent pas compte de la déphosphatationphysico-chimique complémentaire qui n’a pu être arrêtée pour ces essais. C’est donc bien moinsde 3,9 mg/l de P-PO 4 qui est dégradé par voie biologique dans la totalité du bassin d’aération. Ilsera donc indispensable de couper l’injection de FeCl 3 pour étudier la sur-assimilationbiologique du P.3.2.3. Elimination de l’azote : aération3.2.3.1.Le mode de fonctionnement.Bien que la STEP dispose d’un mode de pilotage de l’aération par la mesure du potentielredox ou par la mesure de la concentration en O 2 dans le BA en continu, l’exploitant souhaitetravailler sur un mode « cadence-durée » et ne se servir des mesures de potentiel redox et d’O 2qu’à titre de suivi. Ce mode « cadence-durée » correspond en fait à la simple définition d’untemps de marche et d’arrêt des surpresseurs.3.2.3.2.Les résultats de l’asservissement au potentiel d’oxydoréductionPour mieux analyser la réactivité de la boue avec l’effluent, nous avons fait le choix depiloter l’aération de la station sur la mesure du redox durant les mois de février à avril 2009.Rappel : le PR Préfecture ne fonctionne que depuis le 5 Mars 2009.En utilisant des consignes de seuils haut et bas de 10 et 220 mV 17 nous avons obtenu untemps d’aération moyen sur le mois d’avril de 6 h/j (et 7 h/j de temps sec), en travaillant à uneconcentration moyenne de 3.8 g/l dans le BA. Ce mode de fonctionnement permettait des’adapter à la charge entrante et déjà présente sur la station, et assurait alors de très bons résultatsen sortie. On constate d’ailleurs sur le graphe du potentiel redox présenté en figure 16 que lanitrification était optimale (avec une mesure de redox > 200 mV non corrigée) et que ladénitrification était totale avec la rupture de pente lors de la décroissance de la mesure.17 Il s’agit d’une meure non corrigée. Pour obtenir une valeur en unité standard, c'est-à-dire une mesurepar rapport à l’hydrogène, il faut ajouter 200 mV à la valeur lue.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 43 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Suivi du potentielredox (non corrigé)DénitrificationtotaleSuivi du débit d’airdes surpresseursFigure 16 : Impacts de l’aération journalière pilotée par la mesure RedoxL’exploitant ne souhaitant toutefois pas piloter sa station sur ce mode il était important depouvoir trouver un réglage aussi efficace mais indépendant de toute mesure de métrologie (troppeu fiable).En effet, si l’on prend l’exemple de cette station, il a été constaté en février 2009 que lasonde O 2 n’était pas opérationnelle, et il a tout de même fallu attendre le mois de mai pour avoirun retour de matériel. Durant cette période, de nombreux appareils de métrologie ont égalementété mis hors service, notamment les afficheurs et sondes placées sur le bassin d’aération. Audébut du mois de mai, seulement deux semaines après le début des essais du mode cadencedurée,nous nous retrouvions donc sans aucune métrologie en continu pour suivre notretraitement biologique. Le pilotage cadence durée était donc alors le seul moyen de gérer letraitement biologique et notamment le traitement de l’azote.3.2.3.3.Les résultats de la cadence duréeDepuis le 30 avril, différents essais ont donc été réalisés pour déterminer la plaged’aération optimale, comme présenté en tableau 14.Ne disposant pas de mesure de l’O 2 en continu, un appareil de terrain a été utilisé pourdéterminer le temps de montée de l’oxygène dissout durant la phase d’aération. Il est alorsapparu qu’au bout de 30 minutes seulement, la boue est à saturation en O 2 (la concentrationdépasse 8 gO 2 /l) et l’O 2 qui continue d’être apporté par les surpresseurs part doncmajoritairement dans l’atmosphère. Les phases d’aération d’une heure constatées en pilotage parle redox n’étaient donc pas utiles au traitement. Les supresseurs fonctionnaient donc plus quenécessaire. Nous sommes donc partis sur un temps d’aération plus proche de ces 30 minutes touten visant une aération quotidienne de 7 h/j.Des teneurs excessives en nitrate étant liées à une sur-aération, nous avons donc essayé deréduire le temps d’aération (de 45 à 35 minutes) puis d’augmenter le temps d’arrêt de l’aération(de 110 à 135 minutes).Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 44 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Période Du 30 Avril au 4 Mai Du 4 au 11 Mai Du 11 au 18 MaiTemps de marche 45 35 35Temps d’arrêt 110 110 135Temps d’aération journalier 7 h/j 6 h/j 5 h/j[N-NO3] sortie >18 mg/l >18 mg/l 2.8 mg/l[N-NH4] sortie

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)d’effluent). En raison de cette injection, l’effluent arrivant sur la STEP contient en moyenne 25mg NO 3 /l soit 5.5 mg N-NO 3 /l (mesures YARA en mars et avril). 18Il n’est donc pas si surprenant que de bons résultats soient obtenus bien que l’aération soitinférieure à celle attendue.3.2.3.4.RemarquesCependant, bien que ce réglage soit satisfaisant au vu du traitement journalier de l’effluent.Il apparaît que cette aération régulière n’a pas un effet homogène sur la liqueur mixte duranttoute la journée. En effet, la nuit on obtient un potentiel d’oxydoréduction moyen de 200 mVtandis que le jour ce potentiel moyen est de 100 mV (confer figure 18). Il apparaît donc que nousaérons trop la nuit ce qui n’est pas surprenant étant donné que la charge arrivant sur la STEP estmoindre. Le besoin en O 2 métabolique et pour la nitrification chute par rapport au jour.Suivi du potentielredox (non corrigé)Suivi du débit d’airdes surpresseursFigure 18 : Suivi journalier du potentiel redox avec une aération régulière – le 10 Mai 20093.3. Le traitement physico-chimique du PDepuis la mise en route de la station en Avril 2008, le paramétrage de l’injection dechlorure ferrique indiquait un taux de traitement de 50 g FeCl 3 /m 3 . Or, après une petite étude desconsommations réelles, il est apparu que le taux de traitement réellement appliqué sur la STEPétait de presque 80 g FeCl 3 /m 3 . 19Or, nous avons vu précédemment que la dose de FeCl 3 à injecter se situerait plutôt auxalentours de 20 à 50 g/m 3 . Ces résultats étant obtenus sans avoir considéré le fonctionnementparticulier de la zone d’anaérobie, il s’agit bien alors de doses maximales à injecter pour obtenir18 Des essais sont en cours pour réduire au maximum cette injection et donc réduire les concentrations ennitrate dans l’effluent refoulé.19 Malgré, la remise en cause de l’étalonnage (également réalisé par nos soins) par le metteur en route etdu paramétrage informatique, les modifications apportées par le metteur en route nous amène toujours àune injection de 60 g FeCl 3 /m 3 au début du mois de mai 2009.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 46 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)un effluent de bonne qualité. La surconsommation de solution commerciale est donc ici bienévidente.Il est par conséquent, plus que normal que les concentrations en phosphore dans l’eautraitée soient bien en deçà des normes. On se situe en effet toujours aux alentours de 0.12 mg P-PO 4 /l et de 0.2 mg/l P.Des essais de réduction de la dose ont donc été menés de façon progressive passant de 80 à40 g de FeCl 3 /m 3 . On constate qu’à 40 g/m 3 , la qualité de l’eau de sortie est toujours tout a faitconvenable, de l’ordre de 0.25 mg/l pour une norme à 2 mg/l (confer tableau 15). L’exploitant adonc tout intérêt à ne travailler qu’à 40 g/m 3 pour ne pas surconsommer inutilement un réactif àla fois coûteux et source de danger (notamment lors des opérations de dépotage).Période Du 5 mars au 03 mai Du 05 au 18 mai Du 20 mai au 07 juinDébit moyen en m 3 1130 m 3 /j 1570 m 3 /j 1170 m 3 /jTaux de traitementen g FeCl 3 /m 3 80 g/m 3 60 g/m 3 40 g/m 3Consommation deproduit commercial140 l/j 170 l/j 20 85 l/jP-PO 4 sortie 0.12 mg/l 0.16 mg/l 0.25 mg/lTableau 15 : Optimisation de l’injection en FeCl 3Des tests pourront encore être menés pour réduire cette dose d’injection tout enconservant une concentration de phosphore inférieure à 0.5 mg/l en sortie, afin de lutter contrel’eutrophisation du milieu naturel.20 Forte pluviométrie sur cette période, durant laquelle le débit moyen était de 1300 m 3 /j.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 47 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3.4. La décantation des bouesMalgré le plombage des boues engendré par un surdosage en FeCl 3 , la décantation des bouessur la STEP ne semble pas très performante. En effet, de janvier à mai, l’Im a fluctué entre 120et 220 ml/g avec une valeur moyenne à 180 ml/g alors que pour une station très faible chargecomme la notre, on devrait se situer aux alentours de 100 ml/g.Premièrement, les essais d’optimisation menés sur l’atelier de déshydratation, présentés enparagraphe 3.5., semblent avoir eu une influence sur la capacité de la boue à décanter. En effet,la surinjection initiale de polymère au niveau de la déshydratation conduisait au retour en têted’importantes quantités de polymère. Le graphe de la figure 19, illustre ainsi la dégradation de ladécantabilité de la boue avec la réduction nécessaire de l’injection de polymère au niveau del’atelier de déshydratation.Figure 19 : Variation de la décantabilité de la boue avec l’injection de polymère pour la déshydratationCe polymère participait donc de façon visible, dès la zone de contact à un phénomène decoagulation de la boue, comme illustré en figure 20.Coagulation dans lazone d’anaérobieArrivée d’eauprétraitée et retoursen têteCoagulation dans lazone de contactFigure 20 : Photographie de la zone de contact durant le fonctionnement de la déshydratation -16/01/2009Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 48 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)De plus, cette mauvaise aptitude de la boue à la décantation pourrait bien être due auxvariations de la charge sur la station. En effet, si l’on compare l’évolution de l’Im et de la chargemesurée dans le BA, comme présenté en figure 21, le phénomène de gonflement de la boue esten corrélation avec les phases d’augmentation de la charge de la STEP.Figure 21 : Variation de la décantabilité et de la charge du BA dans le tempsIl a de plus été remarqué, au cours de la période de forte charge dans le BA (fin mars-débutavril), la présence de nombreux flottants sur les ouvrages extérieurs de la STEP commereprésenté sur les photographies de la figure 22.BAClarificateurFigure 22 : Photographies des surfaces des ouvrages extérieur le 30/03/09, [MS BA ] = 4 g/l.Ces flottants ne semblaient pas être dus à une dénitrification sauvage, car les rendementsd’élimination de l’azote étaient toujours bons. De plus, ce phénomène pourrait également être liéà la présence de micro-orgnaismes filamenteux fins (Ø

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3.5. L’extraction des boues3.5.1. Qualité de rendement de la déshydratationEn 2008, sans le refoulement du PR Préfecture le fonctionnement de la déshydratationpermettait d’obtenir des siccités entre 20 et 21%. Mais une fois l’étalonnage des pompes réalisé,il a pu être établi que la consommation en polymère était en réalité de près de 80 kg/t. Malgré debons résultats en sortie (faible concentration du centrât et forte siccité) ce fonctionnement devaitêtre modifié. En effet, en plus d’un surcoût d’exploitation, une telle injection risque perturberl’ensemble de la filière de traitement des eaux par des fuites de polymère dans le centrât.Des essais ont donc été menés pour réduire au maximum ce taux d’injection, tout enassurant des siccités correctes et des concentrations de centrât de l’ordre de 0.8 g/l. Les résultatsde ces différents essais, présentés en annexe 10, démontrent que pour une meilleure efficacité dela machine, il faut envoyer des charges hydrauliques et massiques les plus importantes possible(sans dépasser 21 m 3 /h et 120 kg/h) pour obtenir des siccités de l’ordre de 17 % avec un taux detraitement optimum de 30 kg/t. Confer colonne 3 du tableau 16.Pour améliorer encore l’efficacité du polymère de la déshydaratation, le point d’injection,initialement placé à l’entrée de la centrifugeuse a été déplacé sur la conduite d’alimentation enboue, environ 7 m avant l’arrivée de la boue dans la centrifugeuse. Ainsi, le polymère semélangeant mieux à la boue, il n’est pas surprenant de constater que les rendements de ladéshydratation ont été nettement améliorés. Nous parvenions alors à obtenir une siccité de prèsde 20 % mais les consommations en polymère restaient bien supérieures aux garanties duconstructeur, comme présenté en colonne 4 du tableau 16.Localisation de l’injection depolymèreEntrée de la centrif. Amont de la centrif. Amont de la centrif.Débit de boue maximal (m 3 /h) 15 m 3 /h 21 m 3 /h 21 m 3 /hConcentration du centrât (g/l) 0.8 g/l 0.8 g/l 0.8 g/lSiccité (%) 20% 17 % 20 %Taux de traitement (kg/t) 60-80 kg/t 30 kg/t 30 kg/tEssais -Modifications des concentrations etdébits de boue entrante, des débits depolymère entrant-Tableau 16 : Optimisation de la déshydratation : modifications des entrées.Du fait d’un surdosage en réactif, et malgré les nombreux essais réalisés précédemment, ilconvenait donc, en accord avec le constructeur, de modifier le fonctionnement mécanique de laSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 50 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)centrifugeuse en réduisant le diamètre de l’anneau de boue et en augmentant le couple deconsigne de la centrifugeuse.Voir annexe 11 pour plus de détails sur le principe de fonctionnement de la centrifugeuse.En passant d’un couple de consigne de 0.9 kN.m à 2.5 kN.m (pour un couple de consignemaximal de 3kN.m sur cette machine), nous sommes en effet parvenus à obtenir des siccitéscorrectes de l’ordre de 20% pour des taux de traitement inférieurs à ceux précédemmentappliqués. On passait ainsi de 30 à 17 kg/t. Confer tableau 17.Localisation de l’injection de polymère Amont de la centrif. Amont de la centrif. Amont de la centrif.Couple de consigne : Tr (kN.m) 21 0.9 kN.m 1.5 kN.m 2.5 kN.mDébit de boue maximal (m 3 /h) 21 m 3 /h 21 m 3 /h 21 m 3 /hConcentration du centrât (g/l) 0.9 g/l 0.8 g/l 0.8 g/lSiccité (%) 16.3% 18.8% 20.4%Taux de traitement (kg/t) 14 kg/t 25 kg/t 17 kg/tTableau 17 : Optimisation de la déshydratation : modifications mécaniquesRemarque : La modification de la pièce de jauge de l’anneau de boue implique une améliorationde la siccité au détriment de la concentration du centrât. De plus, avec un anneau de boue plusfin, la centrifugeuse sera plus sensible au risque de décrochage 22 , notamment pour les faiblesconcentrations de la boue d’extraction.NB : Si l’on modifie de nouveau le point d’injection de polymère dans la centrifugeuse, nousavons constaté que la centrifugeuse décroche. En effet, de cette façon, le polymère ne parvientpas à se mélanger correctement avec la boue.Nous avons donc essayé de travailler avec une solution de polymère plus diluée (passant de3.3 à 1.9 g/l 23 ) pour une meilleure répartition du polymère dans la boue, mais nous ne sommestoutefois pas parvenus à réduire le taux de traitement en dessous de 16 kg/t.21 On constate alors des vitesses relatives entre la vis et le bol de l’ordre de 2.5 tr/min.22 C’es à dire l’impossibilité pour la centrifugeuse de réaliser une déshydratation de la boue, celle-cirepartant presque en totalité à la place du centrât.23 Avec une telle concentration de travail, la centrale polymère fonctionne presque en permanence, nousne pouvons donc pas descendre à des concentrations encore inférieures.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 51 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3.5.2. Durée de fonctionnement de l’extractionAprès avoir déterminé la production de boue théorique à 1.5 t/semaine (confer §2.5.),l’exploitation de la STEP a démontré que la production de boue réelle est bien supérieure à1.5 t/semaine. En effet, avec une extraction moyenne de 1.8t/semaine (confer figure 23) depuis lamise en route du PR préfecture, la concentration dans le BA a augmenté de 0.8 g/l entre lessemaines 11 et 18. Avec un volume de près de 3000 m 3 , 2.4 t de boue se sont donc accumuléesdans le BA en 7 semaines soit 350 kg/semaine.Figure 23 : Bilan de l’extraction de boue sur la STEP – semaines 1 à 18Pour se maintenir à une charge constante il faudra donc extraire 2.1 t de boue/semaine.Donc, avec une concentration de la boue d’extraction proche de 6 g/l, et un centrât de 0.8 g/l, audébit de 21 m 3 /h, la charge massique appliquée sur la centrifugeuse sera de 130 kg/h.Il faudra donc faire fonctionner la déshydratation durant près de 20 h/semaines. Avec unfonctionnement programmable, nous avons donc choisi d’extraire les boues durant deux journéespar semaine : les lundi (jour de la tournée hebdomadaire) et les jeudi, à raison de 10h/j.Actuellement à 54% de la charge nominale 24 , par extrapolation au débit nominal de1870 m 3 /j, nous estimons alors la production de boue à près de 4t/semaines. De la même façonque précédemment, nous estimons donc que pour une concentration de la boue d’extraction de6 g/l et une concentration du centrât de 0.8 g/l, il faudra faire fonctionner l’atelier dedéshydratation 37 h/semaines.24 Sur la base du débit journalier.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 2 Page 52 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)PARTIE 3 : Actions et améliorations à engager1. A faire dès à présent1.1. Des opérations de nettoyageLe constat de dépôt de sable dans le dégrilleur manuel n’est pas réellementproblématique, par conséquent aucune modification des débits du poste de relevage n’estvraiment nécessaire. On pensera toutefois, à faire pomper ce sable de temps en temps, parexemple en même temps que les opérations de nettoyage du PR par une société extérieure,environ tous les 2 mois.1.2. Utilisation des consignes définies dans le manuelComme présenté en partie 2 de ce mémoire, les essais menés au cours de ces six mois detravail de fin d’études, ont conduit à la définition de consignes d’exploitation de la station.Par exemple, la recirculation devra être réglée à 150% et les pompes de recirculation serontbridées à 115 m 3 /h ; l’aération en mode cadence-durée doit assurer des phases de 35 minutesd’aération pour 135 minutes d’arrêt de l’aération, l’injection de chlorure ferrique pour ladéphosphatation biologique doit être réduite à 40 g FeCl 3 /m 3 , la concentration dans le BA ne doitexcéder les 3.5 g MES /l, 2.1 t de MS doivent être extraites de la STEP chaque semaine, un tauxde traitement de 16 kg/t doit être appliqué à l’atelier de déshydratation….1.3. Etude du fonctionnement du dessableurUn sondage des zones de contact et d’anaérobie du bassin d’aération est essentiel à l’étudequi sera menée à plus long terme par les exploitants du site ainsi que par le CTA autour del’efficacité du dessableur-dégraisseur.Des essais d’arrêt de la turbine d’aération devront être menés de façon rigoureuse sur unepériode représentative par des mesures quantitatives de l’influence de l’arrêt de la turbine dedégraissage sur la production de sable.Toutefois, les essais de garanties qui auront lieu en semaine 26 (fin juin) devraientpermettre de répondre en partie à cette problématique des sables.1.4. Essais de réduction de l’injection de FeCl 3Les essais de réduction de l’injection de FeCl 3 pourront être poursuivis. Toutefois il faudrabien garder en mémoire que bien que l’arrêté de rejet autorise jusqu’à 2mg/l en phosphore, lerejet de P-PO 4, même en faibles concentrations, a un impact non négligeable sur l’eutrophisationdu milieu naturel.Les essais de garanties devraient également permettre de vérifier l’efficacité réelle dutraitement biologique du P.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 3 Page 53 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2. Ce qui devra être fait dans l’avenir2.1. Au niveau du dessableur-dégraisseurSi le passage du sable au travers du dessableur-degraisseur est avéré, il pourra êtreenvisagé de remplacer la turbine en place par une turbine moins puissante (de l’ordre de0.8kW).Afin de réduire le risque de by-pass des sables, une modification de la conduited’arrivée de l’effluent dans l’ouvrage pourrait également être envisagée. Au lieu d’une arrivéeradiale, une arrivée tangentielle de l’effluent dans la jupe centrale, associée à la remontée decette conduite d’arrivée pourrait également donner d’aussi bons résultats sur la flottation desgraisses tout en permettant une meilleure décantation des sables.2.2. Pour le traitement des graissesUn système d’aération de type « diffuseur à clapets » permettrait de réduire les difficultésd’exploitation liées aux bouchages par la filasse de la turbine d’hydro-injection (voir figure f del’annexe 5). Cependant, cette modification représente un investissement de 6 k€ qui seraprobablement assuré dans son intégralité par la Lyonnaise Des Eaux. Par conséquent, lafaisabilité de cette modification sera dépendante de l’évolution des budgets de la société quidevra à un moment faire un choix entre coûts d’investissement et coûts d’exploitation.2.3. Pour le traitement biologiqueL’exploitant ne souhaitant pas se fier aux appareils de métrologie pour le pilotage de laSTEP, il sera impératif de procéder à la modification des préférences de pilotage de l’aérationdepuis l’automate. Comme souligné en partie 2, §3.2.3.4., si l’on restait en fonctionnementcadence durée, il serait alors nécessaire de disposer de deux réglages d’horloge différents : unréglage pour la nuit et un réglage pour le jour.Toutefois, il semble aujourd’hui envisageable par l’exploitant de travailler sur unerégulation par la mesure de l’oxygène. La mesure du redox ne serait cependant utilisée qu’endernier recours.Le temps d’arrêt de l’aération serait ainsi fixe dans le temps et seul le temps d’aérationsera variable et correspondra au temps nécessaire pour que la concentration en oxygène atteignela valeur de saturation du milieu. Les alarmes de temps de montée et de descente minimum etmaximum ou de seuils haut et bas de la mesure d’O 2 ou de la mesure redox pourront alors êtreutilisées et permettre, en cas de dysfonctionnement, le basculement du mode O 2 sur un modecadence-durée (précédemment défini).Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 3 Page 54 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)2.4. Sur la recirculationL’installation de variateurs sur les pompes de recirculation permettra d’appliquer unerecirculation continue et homogène dans le temps. De cette façon on devrait pouvoirhomogénéiser les temps de séjour dans les zones de contact et d’anaérobie et ainsi leur permettrede mieux assurer leurs fonctions respectives (voir partie 2, § 2.2.1 et § 2.2.2).A ce jour, il semble que la collectivité ait bien pris conscience de cet enjeu de larecirculation et qu’un investissement de leur part est attendu prochainement.2.5. Extraction et traitement des boues2.5.1. Automatisation de sa gestionLa concentration de la préparation de polymère ne pouvant être encore réduite, pourpermettre une meilleure homogénéité entre la boue et l’injection de polymère, une dilution enligne (avec de l’eau industrielle) pourrait être envisagée. Une meilleure homogénéité permettraiten effet d’améliorer l’efficacité du polymère pour la déshydratation et donc permettre de réduireencore le taux de traitement appliqué. Le bénéfice serait alors double : réduction desconsommations en réactifs et réduction des retours en tête de polymère.De plus, dès la réception totale de la station, pour plus de sérénité dans l’exploitation del’extraction des boues, il serait plus qu’intéressant de mettre en place certaines alarmes. En effet,l’extraction fonctionnant en direct, la déshydratation devrait se mettre en défaut si l’arrêt de larotation du pont suceur excède les 10 minutes. Au delà on risque en effet extraire de la boue troppeu concentrée voire de l’eau qui ne pourra pas être déshydratée.Pour éviter que la centrifugeuse continue de tourner alors qu’elle ne parvient plus àcentrifuger la boue entrante, la mise en place d’un MES-mètre sur le départ de centrât pourraitpermettre la mise en défaut de la centrifugeuse lorsque la concentration du centrât devientanormale. On pourrait alors par exemple envisager d’utiliser une simple alarme à 1 g/l et unemise en défaut de la centrifugeuse à 1.5 g/l.2.5.2. Mise en place d’un épaississeurLa centrifugeuse étant grande consommatrice d’énergie et obtenant de meilleursrendements avec de fortes charges, il pourrait être utile de mettre en place un épaississeur pourtravailler à la fois avec des boues plus concentrées et plus homogènes.En effet, la charge maximale étant de 400 kg/h en entrée de centrifugeuse, on pourraitenvisager de travailler avec des boues jusqu’à 19 g MS/l au débit maximal de 21 m 3 /h. De cettefaçon on pourrait même envisager de ne plus déshydrater qu’une seule journée par semaine.(Remarque : Une extraction plus homogène dans le temps (sur 2 jours par semaine) est toutefoissouhaitable).Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 3 Page 55 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)A l’heure actuelle la production de 2.1 t MS/semaine quand la concentration dans le BA estde 3.5 g/l nous impose une déshydratation sur 20 h/semaine, qui passerait à 37 h/semaine audébit nominal.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 3 Page 56 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)PARTIE 4 : Le management de gestion d’un service des eaux1. Le management d’une équipeLe management d’un service n’est autre que l’ensemble des moyens mis en œuvre par leresponsable de ce service pour créer, à partir d’individus particuliers, une unique entité. Afin quechacun puisse trouver sa place au sein de cette entité, le manager a la responsabilité de réunir,d’organiser, de canaliser et de coordonner l’ensemble de ces individus, leurs compétences, leurscaractères et parfois même leurs humeurs.Ainsi, le management d’une équipe ne se réussi pas, mais doit être continuellement adaptéà ces différents individus, à leurs besoins, et aux situations rencontrées dans un souci d’efficacitédu travail. Il s’agit de réussir ensemble autour d’objectifs communs.De plus, bien que l’environnement de travail soit bien plus souvent subi que choisi, lemanager se doit de ne pas se laisser déborder par les évènements imprévus (contrats,intempéries, pollutions, demandes personnelles diverses…). Il ne doit pas devenir acteur maismetteur en scène et doit donc se méfier de tous les éléments chronophages qui, bienqu’inévitables, ne représentent pas l’essentiel du fonctionnement de son service.C’est pourquoi, le manager d’un service, tel que le service des eaux, se doit d’être à la foisréactif, organisé, motivant et convainquant.2. Le management des clientsLa difficulté majeure dans la gestion des clients est l’amalgame qui est régulièrement faitentre délégation de service des eaux et omniprésence des sociétés privées dans ce domaine. Unmanque général d’information du public est donc à déplorer. C’est pourquoi des missions desensibilisation du public sont régulièrement menées par l’agence Périgord - Vallée de laDordogne auprès notamment des plus jeunes (visites des stations de traitement d’eau potable etdes eaux usées), le grand public lors de journées portes ouvertes (à l’occasion de la semaine del’environnement par exemple) mais également des professionnels (pompiers, gendarmerie…).Ces manifestations, auxquelles j’ai eu l’occasion de participer au cours de ces six derniersmois, ont permis à tous ceux qui le souhaitaient de découvrir les procédés de traitement utilisés,leurs enjeux, de rappeler les bonnes pratiques d’utilisation des eaux, et de répondre auxnombreuses questions qui pouvaient être posées sur les spécificités du secteur.La gestion de la ressource en eau est un sujet sensible, la meilleure façon de ne pass’informer étant d’obtenir de la désinformation.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 4 Page 57 sur 90

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3. Le management budgétaireLa gestion budgétaire d’un service des eaux ne se résume pas à la gestion de ces dépenseset recettes d’exploitation, car, bien que les collectivités restent toujours propriétaires desinstallations exploitées, le budget du service doit également permettre la réalisationd’investissements.Cette part d’investissement, présentée dans le rapport de gestion annuel, doit être préparéeen fonction du type de contrat passé avec la collectivité. Dans le cadre d’un contrat d’affermage,les investissements seront réalisés suivant le plan à moyen terme négocié avec la collectivité. Enrevanche, dans le cadre d’une concession, la charge d’investissement incombera directement audélégataire. De même dans le cas d’une prestation de service ou d’une demande particulière de lacollectivité, le contrat constituera toujours la base de travail.Il est donc important de connaître parfaitement ces contrats afin de pouvoir en maîtriser eten anticiper les dépenses, et il faudra toujours résonner sur la totalité de la durée contractuelle.En conclusion, un bon management budgétaire d’un service des eaux passe par la bonnegestion de son plan de gestion contractuelle et le juste équilibre prévisionnel de son budgetd’exploitation.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Partie 4 Page 58 sur 90

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)CONCLUSIONBien qu’elle soit en sous-charge évidente, avec 54% de sa charge hydraulique nominale et30% de sa charge massique nominale, la STEP semble aujourd’hui avoir atteint sonfonctionnement de croisière.Les consignes de fonctionnement proposées, testées et archivées au cours des mois dejanvier à juin 2009, présentées dans ce mémoire de fin d’études ainsi que dans le manueld’exploitation de la station, permettront donc à l’exploitant de faire correctement fonctionnerl’installation pendant de nombreuses années en considération des enjeux économiques, sociauxet environnementaux.Ces consignes seront certainement amenées à évoluer d’ici une dizaine d’année avec ledéveloppement de quartiers résidentiels sur la commune de Trélissac aujourd’hui très peuurbanisée mais attenante à la ville de Périgueux qui est pour sa part fortement urbanisée.Toutefois, une optimisation de fonctionnement n’ayant pas de fin en soit, des améliorationsresteront toujours à apporter. Après la remise en cause des performances garanties par leconstructeur, au sein de la Lyonnaise des Eaux, les essais de garanties permettrontprochainement de démontrer la réalité des dysfonctionnements soulignés.De plus, après ces essais du constructeur (prévu pour la dernière semaine du mois de juin),des études plus poussées devront être menées en interne (par l’exploitant lui même, le SEA ou leCTA) de façon spécifique autour de la déphosphatation biologique, la récupération des sables etgestion de l’âge de boue (aujourd’hui aggravé par une faible charge entrante). Mais plusieursannées seront peut-être nécessaires à la programmation de ces études complémentaires et audéblocage d’éventuels fonds d’investissements par le maître d’ouvrage, ou bien encorel’exploitant lui-même.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 59 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)GLOSSAIREAérobie : l’aérobie correspond à la présence d’oxygène libre dans un milieu.Age de boue : représente le temps de séjour moyen d’1g de boue sur la station. C’est donc le rapport lamasse de boue présente dans le système (BA + clarificateur) et la masse de boue produitequotidiennement.Anaérobie : l’anaérobie correspond à l’absence totale d’oxygène dans un milieu, que se soit sous formelibre mais aussi liée.Anoxie : l’anoxie correspond à l’absence d’oxygène libre dans un milieu. L’oxygène peut toutefois êtreprésent sous forme liée dans les composés oxydés.Autocurage : L’autocurage d’une conduite représente sa capacité à laisser transiter lesécoulements sans s’encrasser.Bassin Versant : C’est une portion de territoire délimitée par des lignes de crêtes, dont l’ensemble deseaux converge vers un même exutoire.Biomasse : C’est l’ensemble de la matière organique, qu’elle soit d’origine animale ou végétale.Biodégradabilité : elle caractérise la capacité d’un élément à être dégradé par des êtres vivants.Charge massique (Cm) : C’est le rapport entre la charge polluante entrante (en kg de DBO 5 /j) et lamasse de boue présente dans le système.Demande Biologique en Oxygène sur 5 jours : C'est la quantité d'oxygène consommée en 5 jours parles matières biodégradables présentes dans une eau usée et qui se dégradent au cours du temps par desprocessus biochimiques naturels.Demande Chimique en Oxygène : Elle représente la totalité de la pollution biodégradable et réfractairecontenue dans un effluent.Equivalent-Habitant : l’équivalant habitant est une unité de mesure utilisée en assainissement pourcaractériser un flux d’effluent urbain classique. On considère dans ce mémoire qu’ 1 EH correspond à undébit d’eaux usées de 150 l/j, ce chiffre pouvant varier de 120 à 180 l/j/EH selon les sources.Eutrophisation : C’est le phénomène de modification et de dégradation du milieu naturel lié à un apportexcessif en nutriments comme l’azote et le phosphore.Filasse : enchevêtrement de filaments qui forme un amas. Elle est généralement constituée par lescheveux et la graisse.Hauteur Manométrique Totale : C’est la somme des hauteurs géométriques et des pertes de charge àl’aspiration et au refoulement d’une pompe.Indice de Molhman : Défini après décantation pendant 30 minutes d’un litre de boue et exprimé en ml/g.Il caractérise ainsi la capacité d’une boue à la décantation. On estime que pour un indice de 150ml/g laboue aura une bonne aptitude à la décantation.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 60 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Liqueur mixte : Pour des STEP à boues activées, on appelle liqueur mixte le mélange réalisé dans le BAentre l’effluent et la biomasse de la boue recirculée.Liquide interstitiel : Le liquide interstitiel correspond au liquide présent entre les différentes cellulesprésentes dans la liqueur mixte.Matières Extractibles à l’Hexane : exprimées en concentration dans un milieu, grâce à une méthoded’analyse utilisant de l’hexane, ces MEH caractérisent la composition graisseuse du milieu.Matières En Suspension : Elles représentent l'ensemble des matières solides de diverses natures,insolubles, en suspension dans les eaux usées, susceptibles d'être séparées de l'eau du fait de leurdimension ou de leur poids spécifique (par décantation ou filtration).Matières Sèches : C’est l’ensemble des matières minérales ou organiques présentes dans un milieu,qu’elles soient sous forme dissoute, colloïdale ou particulaire.Matières Volatiles en Suspension : Elles représentent la fraction organique (dite volatile) des MESparce que calcinée à 550 °C. Le rapport MVS / MES indiquera l'organicité de l'effluent.Siccité : Exprimée en %, la siccité de la boue correspond à la proportion de matière sèche contenue dansune certaine masse de boue. Ainsi une siccité de 20% signifie que la boue contient 20% (en masse) dematières sèches et donc 80% d’eau.Substrat : C’est un milieu contenant les éléments nutritifs nécessaires au développement de certainsorganismes.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 61 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)INDEXBV : Bassin VersantCAP : Communauté d’Agglomération PérigourdineCCTP : Cahier des Clauses Techniques ParticulièresCIRSEE Centre International de Recherche Sur l’Eau et l’EnvironnementCm : Charge MassiqueCTA : Centre Technique AssainissementDBO 5 : Demande Biologique en Oxygène après 5 joursDCO : Demande Chimique en OxygèneEH : Equivalent-HabitantEP : Eaux de PluiesEU : Eaux UséesGITE : Groupe Inter-exploitation des Techniciens de l’EpurationHMT : Hauteur Manométrique TotaleICPE : Institution Classée pour la Protection de l’EnvironnementIm : Indice de MolhmanMEH : matières Extractibles à l’HexaneMES : Matières En SuspensionMS : Matières SèchesMVS : Matières Volatiles en SuspensionSEA : Service d’Expertise AssainissementSIVU : Syndicat Inter-communal à Vocation UniqueSIVOM : Syndicat Inter-communal à Vocation MultipleSTEP : STation d’EPuration.STEU : Station de Traitement des Eaux UséesSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 62 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)BIBLIOGRAPHIE[1] AUDIC J.M., SADOWSKI A.G., VIRLOGER F., Traitement des eaux usées urbaines.CIRSEE-Lyonnaise Des Eaux ENGEES, Mai 2002, chapitre 6 à 9, p99-200.[2] BLIN E., Fiches techniques GITE. CIRSEE, Edition de juin 2004, 115p[3] CANLER J-P., PERRET J-M., Dysfonctionnements biologiques des stations d’épuration.Document technique FNDAE n°33. GIS-BIOSTEP, CEMAGREF, 2004, p5-38.[4] CAULET P., BUJON B., Upgrading of wastewater treatment plants for nitrogenremoval: industrial application of an automated aeration management based on ORPevolution analysis. Water Sciences Technologies, Vol. 37 N°9, 1998, p41-47.[5] COUTADEUR V., Optimisation et aide à la mise en service de la station de traitementdes eaux usées de salon de Provence. Mémoire présenté pour l’obtention du diplômed’ingénieur ENGEES. 2004. 87 p.[6] DEGREMONT. Mémento Technique de l’eau. Tomes 1 et 2, Dixième édition, mai 2005,1718p.[7] DUCHENE P. PUJOL R., Dysfonctionnement biologiques dans les stations d’épurationen boues activées. Actes du colloque POLLUTEC 94, CEMAGREF, Octobre 1994, p5-18.[8] LANSKY M., Effect of coagulation dosing on physico-chemical and microbiologicalcharacteristics of activated sludge and foam formation. Acta hydrochim. hydrobiol. 33, 2005,p266-269.[9] PRONOST J., Stations d’épuration : dispositions constructives pour améliorer leurfonctionnement et faciliter leur exploitation. FNDAE n°22 bis, OIE/CNFME/SNIDE, 2002,86p.[10] PUJOL R., Guide technique sur le foisonnement des boues activées. La décantation desboues activées. FNDAE n°8, CEMAGREF, p9-16[11] SADOWSKI A.G., Formation ingénieur ENGEES, cours de traitement des eaux usées.[12] SADOWSKI A.G., Méthodologie pour un diagnostic des dysfonctionnements desstations de traitement des eaux usées par boues activées. SHU-ENGEES, 2001, 89p.[13] SADOWSKI A. G., Principales causes de dysfonctionnement des stations de traitementdes eaux usées, CIRSEE-Lyonnaise Des Eaux, 1993.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 63 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 64 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXESSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 65 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)LISTE DES ANNEXES :ANNEXE 1 : Organisation de la lyonnaise des eaux sur le territoire français 67ANNEXE 2 : Réseau alimentant la STEP de Trélissac – Les Garennes 68ANNEXE 3 : Fonctionnement du PR Préfecture 69-70ANNEXE 4 : Synoptique de la filière de traitement 71ANNEXE 5 : Photographies des ouvrages de la STEP 72-75ANNEXE 6 : Révision du dimensionnement de la STEP 76ANNEXE 7 : Calcul du besoin en oxygène pour le traitement biologique 77-78ANNEXE 8 : Détermination de la dose de FeCl 3 à injecter 79ANNEXE 9 : Estimation de la production de boue 80ANNEXE 10 : Optimisation de la déshydratation : modifications des charges entrantes 81-83ANNEXE 11 : Principe de fonctionnement de la centrifugeuse 84-85Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 66 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 1 : Organisation de La Lyonnaise Des Eaux sur le territoire françaisElle se compose de 29 centres régionaux dont le Centre Régional Guyenne, basé à Bordeauxcomme présenté ci après.Figure a : Organisation de la Lyonnaise Des Eaux en centres régionauxSes centres régionaux sont eux organisés en 120 agences territoriales dont l’agence Périgord –Vallée de la Dordogne, basée à Périgueux, comme représenté ci-dessous.Figure b : Organisation de l’agence Périgord – Vallée de la DordogneSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 67 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 68 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 3 : Fonctionnement du PR PréfectureLe refoulement est automatisé selon trois modes de fonctionnement différents, dépendant duniveau d’eau dans le poste :- un mode de temps sec,- un mode de temps de pluie,- un mode de temps de forte pluie.Le schéma de la chambre de vanne du poste est présenté ci-dessous :Schéma de la chambre de vanne du PR PréfectureSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 69 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)a. Temps secEn temps sec la totalité des effluents est envoyée sur la STEP de Trélissac via une conduite derefoulement DN 208 de 6.28 km de long.Lorsque le niveau dans le poste atteint le « niveau haut » à 1.5 m, les trois pompes P1, P2 et P3fonctionnent donc en alternance afin d’assurer le refoulement.NB : On n’aura jamais le fonctionnement de deux pompes en refoulement simultané sur Trélissac.La vanne motorisée VS sur la conduite de refoulement vers Saltgourde (via le carrefour VictorHugo) est donc fermée.L’ensemble des vannes motorisées VT 1 et VT 2 est donc ouvert.b. Temps de pluieSi le niveau défini comme « niveau très haut » est atteint dans le poste, alors le débit transitant par lePR Préfecture est alors réparti sur les deux refoulements : Saltgourde et Trélissac.Pour ce faire, la pompe P1 (dont la conduite est placée la plus à droite dans la chambre de vanne)assure le refoulement vers Saltgourde. La vanne VS est donc ouverte et la vanne VT 1 fermée.Les pompes P2 et P3 fonctionnent elles de façon indifférente pour assurer le refoulement versTrélissac. La vanne VT2 est donc ouverte.A l’atteinte du niveau bas les pompes s’arrêtent et le poste rebascule en fonctionnement de temps sec.c. Temps de forte pluieSi enfin, on atteint le « niveau très très haut » du poste, les 3 pompes sont en fonctionnement :- Les pompes P1 et P2 refoulent vers Saltgourde- La pompe P3 refoule vers Trélissac.Les vannes VT1 et VS sont donc ouvertes et la vanne VT 2 est donc fermée.sec.A l’atteinte du niveau bas les pompes s’arrêtent et le poste rebascule en fonctionnement de tempsSource : Fiche technique du PR Préfecture, rédigée par S. REJASSE, Mai 2009.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 70 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 4 : Synoptique de la filière de traitementEAU BRUTEEAU TRAITEESchéma de la chambre de vanne du PR PréfectureSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 71 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 5 : Photographies des ouvrages de la STEP1 PrétraitementFigure a : Photographie - Déchets de nettoyage du PR de la STEP – Sandrine REJASSE - 05-02-2009Figure b: Photographie - Local de pré-traitement - 1er étage – Sandrine REJASSE - 05-02-2009Partie automatiquePartie manuelleFigure c: Photographie - Intérieur du dégrilleur – Sandrine REJASSE - 02-06-2009Figure d: Photographie - Evacuation des déchets de dégrillage v– Sandrine REJASSE – 12-06-2009Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 72 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Figure e: Photographie - Intérieur du dessableur-dégraisseur – Sandrine REJASSE – 10-03-2009Figure f: Photographie - Turbine d’aération du BIOLIX®bouchée par de la filasse – Sandrine REJASSE- 21-04-20092 Le traitement biologiqueFigure g: Photographie - Bassin d’aération de la STEP – Sandrine REJASSE - 10-03-2009Remarque : la photographie de droite de la figure 33 présente la surface du bassin d’aération durant saphase d’aération.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 73 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)3 La séparation des bouesFigure h: Photographie - Puits de dégazage– Sandrine REJASSE - 10-03-2009Figure i: Clarificateur– 11-02-2009 Figure j: Pont suceur– 06-03-2009Remarque : la photographie de la figure j présente bien le phénomène de flottant constaté sur la STEP.4 Le traitement des bouesFigure k: Photographie - Centrifugeuse – Sandrine REJASSE - 10-03-2009Figure l: Photographie - Préparation de polymère pour la déshydratation– Sandrine REJASSE - 10-03-2009Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 74 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)5 Les déchetsBenne à sableBenne à bouesFigure m: Photographie - Evacuation des boues et des sables dans le local benne 05-03-20096 Autrs filières indépendantesFigure n: Photographie - Traitement des odeurs – Sandrine REJASSE - 05-03-2009Figure o: Photographie - Préparation d’eau industrielle – Sandrine REJASSE - 05-03-2009Cuve destockageArmoire dedosageFigure p: Photographie - Dosage de FeCl 3 - Sandrine REJASSE - 05-03-2009Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 75 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 6 : Révision du dimensionnement de la STEPA. Dessableur-dégraisseur cylindro-conique Décantation des sablesEn partant du débit journalier maximum admissible sur la STEP de 130 m 3 /h, pour une vitesseminimale de décantation des sables de 50 m/h, on arrive à une surface d’ouvrage minimale de 2,6 m². GraissesEn partant d’un débit moyen en temps sec de 78 m 3 /h, avec une vitesse de flottation minimale de10 m/h et un temps de séjour de l’effluent dans l’ouvrage de 15 min, on arrive à une surface d’ouvrage de7,8m² pour un volume de19,5 m 3 .En partant du débit journalier maximal admissible sur la STEP de 130 m 3 /h, avec une vitesse deflottation minimale de 15 m/h et un temps de séjour de l’effluent dans l’ouvrage de 10 min, on arrive àune surface d’ouvrage de 8,7 m² pour un volume de 22 m 3 .Cependant, en se basant sur le débit de pointe réel de 200 m 3 /h, avec une vitesse de flottationminimale de 30 m/h et un temps de séjour de l’effluent dans l’ouvrage de 5 minutes, on arrive à unesurface d’ouvrage de 6,7 m² pour un volume de 16,7 m 3 . Dimensionnement du GCIl semble alors correcte de prendre en compromis un ouvrage cylindro-conique dont la surfacegénératrice est un disque de 8,8 m² (3,4 m de diamètre) et de volume de cylindre de 22 m 3 (donc unehauteur de cylindre de 2,5m). Turbine de flottation des graissesDans ce cas de figure, il a été démontré que des turbines de 65 à 80 W/m² de surface d’ouvragessont les plus adaptées. Dans le cas de la STEP, avec une surface réelle de 11 m², un aéroflot de 0,7 à0,9 kW aurait donc été adapté.B. Zone de contactAvec un débit de pointe de 200 m 3 /h en entrée associé à une recirculation maximale de 175 m 3 /h,on obtient alors un volume traversier de pointe de 375m 3 /h dans cet ouvrage. Pour un temps de séjourminimum de 10 minutes, on estime alors le volume de la zone nécessaire à 60 m 3 .Sur la base du débit moyen de temps sec de 1870 m 3 /j avec une recirculation à 150%, pour assurerun temps de séjour de 20 minutes minimum, il faut que la zone de contact contienne 65 m 3 .C. Zone d’anaérobieL’objectif étant d’obtenir un temps de séjour minimum au débit moyen dans la zone d’anaérobie de120 minutes et au débit de pointe de 90 minutes, on estime le volume minimum de cette zone à près de500 m 3 .En effet :78 + 78×150%603 200 + 170V (m ) = 90 × =Anaérobie DébitPo int e603V (m ) = 120 ×=AnaérobieDébitMoyen555m390mRemarque : A 200 m 3 /h, on ne pourra pas assurer une recirculation de 150% mais seulement 170m 3 /hsupplémentaires avec une recirculation maximale.33Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 76 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 7: Calcul du besoin en O 2 pour le traitement biologiqueCe besoin en oxygène (en kg O 2 /j) est en fait la somme de :- L’oxygène nécessaire à la dégradation de la pollution carbonée, assimilée par les bactéries lors de laphase d’anaérobie : on appelle ce besoin le besoin métabolique.Il est calculé comme suit :o Par la méthode ENGEES :BesoinMétabolique(kgO2/ j) = a' × DBO0.5où a ' = 0.73 − 0.29Cm + 0.07*Cmo Par la méthode du SEA :5E lim inée(kg / j)BesoinMétabolique(kgO2/ j) = DBOEntrée(kg / j) × (0.72 − 0.24Cm)- L’oxygène nécessaire à la respiration propre des bactéries : également appelée respiration endogène.Il est calculé comme suit (pour les méthodes ENGEES et SEA) :BesoinEndogène(kgO/ j) = b' × MVS2oùSystème1.5b ' = 0.02 − 0.32Cm + 0.23Cm +(kg)0.22Cm0.5- L’oxygène nécessaire à la dégradation de l’azote sous sa forme N-NH 4 . Il y a alors formation de N-NO 3 . On tiendra compte dans ce dernier calcul de l’oxygène libéré par la dénitrification.BesoinDégr adationN(kgO×2/ j) = 4.54 × Nànitrifier− 2.86 NàdénitrifierRemarque : le SEA prend comme coefficient (4.5 ;2.5) au lieu de (4.54 ;2.86). De plus, il approximeN à dénitrifier par N à nitrifier .Ce besoin total en oxygène est alors converti en durée d’aération journalière par la formule :Duréed'aération(h /j) =1700Nm3/ hBesoinTotaleEnO / j2× 5.8md'eau × 0.06 * 0.95AgeDesDiffuseurs× 0.55Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 77 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 78 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 8 : Détermination de la dose de FeCl 3 à injecterComme expliqué précédemment, l’injection de FeCl 3 a pour objectif de faire précipiter lapollution phosphorée.Il convient donc de définir la quantité de P à précipiter chaque jour sachant que :Pàprécipiter= Psolub leentrée− Passimilé− Psolub lerejetAvec : P soluble entrée = P tot entrée – P MES entréeOù P MES entrée = 1.8 % des MES en entrée P assimilé représente 1.5% des MV (Matières volatiles) des boues biologiques et 1 % précipitésur le floc, soit 2.5% des MVS (Matières Volatiles en Suspension) des boues biologiques. P soluble rejet = P tot rejet – P MES rejetOù P MES rejet = x% des MES rejet, avecde boues biologique et physico-chimique.xPtotentrée − Psolub lerejet= , où PB est la somme des productionsPB5631Puis Fe = × β(rendementd'élimination)× (P kg / j − P kg / j)àinjecterso lub leentréeD’où Solutioncommerciale(l/j) = Fe kg / j/ 0.4/1. 4àinejecterNB : la production de boue physico-chimique et le taux de traitement en FeCl 3 sont interdépendants.assimiléSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 79 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 9 : Estimation de la production de boueLa production de boue biologique est la somme de :- Matières Minérales entrantes en kg/j, estimées à 27 % des MES entrantes,- Matières Volatiles non biodégradables en kg/j, estimées à 25 % des MVS où les MVSreprésentent 73% des MES entrantes ;- Un terme proportionnel à la DBO 5 éliminée : K*DBO 5éliminée où K dépend de la charge massiqueCm de la station,- Un terme proportionnel au N-NH 4 nitrifié : 0.17*N-NH 4 nitrifiéD’où :Production de boues biologiques =0 .27 × MESentrée(kg / j) + 0.25 × 0.73×MESentrée(kg / j)+ ( 0.83 + 0.2×log(Cm) × DBO5 + 0.17 × N − NHéliminée4nitrifiéLa production de boue physico-chimique est la somme des différents précipités formés parl’adjonction de fer sous sa forme FeCl 3 :- Précipitation de FePO 4 =r- Précipitation de Fe(OH) 3 =151 × P , àprécipite31107(Fe − FePO ×injecté 4 précipité5656151× )D’où, par simplification mathématique:Production de boues physicochimiques =4431× Pàprécipiter107+ × Fe56injectéSandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 80 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 10 : Optimisation de la déshydratation : modifications des charges entrantesA. Résultat : qualité du centrât Influence du de la charge entrante :Les variations de qualité de centrât lors des différents essais de déshydratation ne permettent pas deconclure concernant l’influence de la charge entrante sur la qualité du centrât renvoyé en tête de station,comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous :[MS du centrat] (g/l)5432100.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0Charge entrante (kg/h)Toutefois, il est à noter qu’au delà d’un certain seuil de charge entrante, la centrifugeuse ne peutplus assurer une bonne qualité de l’eau repartant en tête de station.En effet, pour une boue entrant à 15g/l, la charge maximale entrante est inférieure à 220 kg/h(mesure du 06/04/09). Influence du taux de traitement :Les variations de qualité de centrât lors des différents essais de déshydratation ne permettent pas deconclure concernant l’influence du taux de traitement sur la qualité du centrât renvoyé en tête de station,comme on peut le voir sur le graphique ci-après.En effet, le seul point remarquable a pour coordonnées : 4,5 g/l en concentration de centrât pour untaux de traitement d’environ 12 kg/tonne de MS. Or il semble que ce mauvais résultat semble plutôt dû àun dépassement de la charge admissible en entrée de centrifugeuse plutôt qu’à un taux de traitement tropfaible.5[MS du centrat] (g/l)432100.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000Taux de traitement (kg Flop/tonne MS entrante)Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 81 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)B. Résultat : siccité de la boue extraite Influence de la concentration de la boue d’extraction :Siccité (%)21.00%20.00%19.00%18.00%17.00%16.00%15.00%14.00%0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00[MS extraction] (g/l)D’après les essais il apparaît donc une certaine limite quant à la capacité de la centrifugeuse àtraiter une boue trop concentrée. On évitera ainsi de travailler avec des boues de concentration supérieureà 12 g/l. Influence de la charge entrante :Siccité (%)21.00%20.00%19.00%18.00%17.00%16.00%15.00%14.00%0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0Charge entrante (kg/h)De même que pour le paramètre de concentration du centrât en MS, la siccité est influencée par lacharge entrante au-delà d’un certain seuil.D’après la siccité il apparaît que le seuil de bon rendement de la centrifugeuse n’est plus de220 kg/h mais de 120 kg/h. Influence du taux de traitement :Siccité (%)21.00%20.00%19.00%18.00%17.00%16.00%15.00%14.00%0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000Taux de traitement (kg Flop./tonne MS entrante)Dans un souci économique et pour ne pas perturber le fonctionnement du traitement de l’eau surl’ensemble de la filière on souhaite minimiser la quantité de polymère à injecter dans la centrifugeuse. Parconséquent, il apparaît que nous n’aurons aucun intérêt à travailler avec un taux de traitement supérieur à30 kg de Flopam par tonne de charge entrante sur la centrifugeuse.Il apparaît cependant qu’en réduisant trop ce taux de traitement la siccité de la boue évacuée chutera.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 82 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)C. Résultat : taux de capture de la boue Influence de la concentration de la boue d’extraction :Taux de capture (%)100.00%95.00%90.00%85.00%80.00%75.00%70.00%65.00%60.00%0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00[MS extraction] (g/l)Il semble alors que plus la boue est concentrée, meilleur est le taux de capture.La grande variation du taux de capture avec une concentration de la boue entrante de 15g/l correspond àla variation du débit d’entrée sur la centrifugeuse : confer paragraphe suivant concernant l’influence de lacharge entrante. Influence de la charge entrante :Taux de capture (%)100.00%95.00%90.00%85.00%80.00%75.00%70.00%65.00%60.00%0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0Charge entrante (kg/h)Il apparaît donc que plus la charge entrante est importante, plus le taux de capture est élevé.Toutefois, on constate une fois encore l’existence d’un seuil de charge admissible en entrée decentrifugeuse inférieure à 220 kg/h. Influence du taux de traitement :Taux de capture (%)100.00%95.00%90.00%85.00%80.00%75.00%70.00%65.00%60.00%0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000Taux de traitement appliqué (kg Flop./ tonne MS entrante)Les essais réalisés ne permettent pas de conclure sur une influence du taux de capture par le tauxde traitement appliqué.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 83 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)ANNEXE 11 : Principe de fonctionnement de la centrifugeuseA. GénéralitéLa centrifugeuse en place, de mode AG 20 de Alpha Laval, peut accepter un débit maximal deboue entrante de 21 m 3 /h et une charge maximale de 400 kg de MS/h.B. Principe de la centrifugationLa centrifugation se base sur la différence de densité entre les matières sèches présentes dans laboue et l’eau présente dans cette boue.La boue arrive avec une certaine vitesse horizontale par un coté de la centrifugeuse. La partieliquide traverse alors toute la centrifugeuse dans sa zone la plus centrale tandis que les matières ensuspension sont plaquées contre le bol extérieur du fait de sa vitesse de rotation.Une vis intérieure, tournant dans le même sens que le bol mais à une vitesse plus importante vientalors récupérer les boues et les évacuer en sens inverse de l’eau jusqu’ à la sortie latérale.Les illustrations suivantes permettent de mieux comprendre ce fonctionnement.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 84 sur 85

Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH, Trélissac (24)C. Automatisation du fonctionnementLorsque l’on met en marche la centrifugeuse on assiste à une première phase de démarrage :Au cours de cette phase, le bol extérieur accélère jusqu’à atteindre sa vitesse de consigne de 4200 tr/min.La vis d’Archimède accélère également sa vitesse jusqu’ à atteindre la consigne de vitesse différentiellede 1,4 tr/min par rapport à la vitesse de rotation du bol. La vis tourne ainsi plus vite que le bol.Couple maximal de consigneVitesse différentielle entre lavis et le bolUne fois ces consignes de vitesses atteintes, la commande de la centrifugeuse lance lefonctionnement des pompes d’extraction et donc l’arrivée de la boue dans la centrifugeuse.Cette arrivée de boue va alors exercer une certaine force c’est à dire un couple sur les éléments de lacentrifugeuse.Si ce couple augmente trop ou trop vite et qu’il atteint le couple maximum de consigne (noté Tr), lacentrifugeuse va passer d’un mode de régulation basé sur sa vitesse à un mode de régulation basé sur lecouple.Concrètement, la vitesse relative entre le bol et la vis va alors être adaptée pour maintenir un couple dontla valeur maximale sera le Tr. La vis va ainsi tourner plus rapidement pour maintenir un couple. Confergraphe ci-dessous.NB : pour ce modèle de centrifugeuse le Tr ne peut excéder 3 kN.m.Sandrine REJASSE Mémoire de TFE 2009 Page 85 sur 85

Diplôme(s) : Ingénieur ENGEESMEMOIRE DE FIN D'ETUDESSpécialité : Gestion durable des eaux en milieu urbainAuteur : Sandrine REJASSEAnnée :2008 - 2009Titre : Optimisation du fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées de 10 000 EH,Trélissac (24)Nombre de pages : texte : 51 annexes : 19Nombre de références bibliographiques : 13Structure d'accueil : Lyonnaise des Eaux, Périgueux (Dordogne, 24)Maître de stage : Jean-Christophe STUDER, responsable du service usineRésuméAfin d’optimiser le fonctionnement d’une station d’épuration de 10 000 équivalents-habitantsreconstruite en avril 2008, une forte implication dans l’exploitation et le suivi de la réception del’installation ont été nécessaires.Après avoir réalisé un diagnostic théorique et expérimental de l’installation, desdysfonctionnements ont été soulevés notamment pour la récupération des sables et graisses, ladéphosphatation biologique, le traitement des boues, les consommations en réactifs…Des améliorations, précisées dans un manuel d’exploitation, ont d’ores et déjà été apportées aufonctionnement de l’installation. Toutefois, il faudra probablement plusieurs années pour résoudrecertaines problématiques de cette station encore en sous charge.Mots-clés :boue activée, optimisation, déphosphatation biologique, azote, dimensionnement, sous charge.