Dénitrification pour le Traitement des Eaux Usées

Dénitrification pour le Traitement des Eaux Usées

Comprendre la Dénitrification pour le Traitement des Eaux Usées

Vous êtes ingénieur environnemental dans une municipalité et votre tâche est de concevoir une section de dénitrification pour une station d’épuration existante. Cette station traite actuellement 15,000 m³ d’eaux usées par jour.

La norme de rejet pour le nitrate (NO₃⁻) est de moins de 10 mg/L à la sortie de la station, mais actuellement la concentration est de 50 mg/L.

Objectif:

Votre objectif est de réduire la concentration de nitrate dans l’effluent final en ajoutant une étape de dénitrification qui utilise du carbone organique comme source d’énergie pour les bactéries dénitrifiantes.

Données fournies:

  • Débit d’eaux usées : 15,000 m³/jour
  • Concentration initiale de nitrate : 50 mg/L
  • Concentration cible de nitrate : 10 mg/L
  • Disponibilité de carbone organique (méthane) : 15 mg/L

Questions:

1. Calcul de la charge de nitrate à traiter :

Calculez la masse totale de nitrate (en kg) qui doit être éliminée chaque jour pour atteindre la concentration cible.

2. Stœchiométrie de la réaction de dénitrification :

La réaction de dénitrification peut être représentée simplifiée comme suit:

\[ 5 \text{NO}_3^- + 4 \text{H}^+ + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2.5 \text{N}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} + 6 \text{CO}_2 \]

Calculez la quantité de carbone organique (en kg) nécessaire pour éliminer la charge totale de nitrate calculée.

3. Conception de l’étape de dénitrification :

À partir des résultats obtenus, déterminez si la quantité de carbone organique disponible dans l’effluent est suffisante pour atteindre les objectifs de réduction du nitrate. Si ce n’est pas le cas, proposez une estimation de la quantité supplémentaire de carbone organique qui serait nécessaire.

4. Discussion sur les implications :

Discutez des implications potentielles si la quantité de carbone organique nécessaire est supérieure à la quantité disponible. Quelles pourraient être les solutions alternatives?

Correction : Dénitrification pour le Traitement des Eaux Usées

1. Calcul de la charge de nitrate à traiter

Pour réduire la concentration de nitrate de \(50 \, \text{mg/L}\) à \(10 \, \text{mg/L}\), il faut d’abord déterminer la réduction nécessaire en termes de masse totale par jour.

Données:

  • Débit d’eaux usées : \(15,000 \, \text{m}^3/\text{jour}\)
  • Concentration initiale de nitrate : \(50 \, \text{mg/L}\)
  • Concentration cible de nitrate : \(10 \, \text{mg/L}\)

Calcul:

  • Réduction de concentration nécessaire:

\[ = 50 \, \text{mg/L} – 10 \, \text{mg/L} \] \[ = 40 \, \text{mg/L} \]

  • Masse de nitrate à éliminer par jour:

\[ = \text{Débit} \times \text{Réduction de concentration} \] \[ = 15,000 \, \text{m}^3/\text{jour} \times 40 \, \text{mg/L} \] \[ = 600,000 \, \text{mg/jour} \] \[ = 600 \, \text{kg/jour} \]

2. Stœchiométrie de la réaction de dénitrification

Utilisons la réaction simplifiée pour déterminer la quantité de carbone organique nécessaire pour traiter cette charge de nitrate.

Réaction stœchiométrique:

\[ 5 \text{NO}_3^- + 4 \text{H}^+ + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2.5 \text{N}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} + 6 \text{CO}_2 \]

Calcul:

  • \(\text{Masse molaire de } \text{NO}_3^- : 62 \, \text{g/mol} \)
  • \(\text{Masse molaire de } \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 : 180 \, \text{g/mol} \)

Nombre de moles de \(\text{NO}_3^- \text{ à éliminer par jour}\):

\[ = \frac{600,000 \, \text{g}}{62 \, \text{g/mol}} \] \[ = 9677 \, \text{moles} \]

Moles de \(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ nécessaires}\):

\[ = \frac{9677}{5} = 1935 \, \text{moles} \]

Masse de \(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ nécessaire}\):

\[ = 1935 \, \text{moles} \times 180 \, \text{g/mol} \] \[ = 348,300 \, \text{g} \] \[ = 348.3 \, \text{kg} \]

3. Conception de l’étape de dénitrification

Comparons la quantité de carbone organique nécessaire avec celle disponible.

Disponibilité de carbone organique:

\[ = 15,000 \, \text{m}^3/\text{jour} \times 15 \, \text{mg/L} \] \[ = 225,000 \, \text{mg/jour} \] \[ = 225 \, \text{kg/jour} \]

Calcul:

  • \( \text{Carbone organique nécessaire} : 348.3 \, \text{kg/jour} \)
  • \( \text{Carbone organique disponible} : 225 \, \text{kg/jour} \)

Déficit:

\[ = 348.3 – 225 \] \[ = 123.3 \, \text{kg/jour} \]

4. Discussion sur les implications

Si la quantité de carbone organique nécessaire est supérieure à la quantité disponible, des mesures supplémentaires devront être prises.

Les solutions pourraient inclure l’ajout d’une source externe de carbone organique ou l’optimisation du processus pour augmenter l’efficacité de la dénitrification.

Dénitrification pour le Traitement des Eaux Usées

D’autres exercices d’assainissement:

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Cordialement, EGC – Génie Civil

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