Qualité Physico-Chimique des Eaux Usées

Qualité Physico-Chimique des Eaux Usées

Comprendre la Qualité Physico-Chimique des Eaux Usées

Vous êtes un ingénieur en environnement travaillant sur la conception d’une station d’épuration pour une petite ville.

L’objectif est de traiter les eaux usées pour atteindre les normes de qualité définies par la réglementation locale, qui sont alignées sur les recommandations européennes.

Données initiales:

  • Population de la ville : 20 000 habitants.
  • Consommation moyenne d’eau par habitant : 150 litres/jour.
  • Composition moyenne des eaux usées brutes (par m³) :
    • DBO5 (Demande Biochimique en Oxygène sur 5 jours) : 220 mg/L
    • DCO (Demande Chimique en Oxygène) : 500 mg/L
    • Azote total : 35 mg/L
    • Phosphore total : 10 mg/L
    • Solides en suspension : 200 mg/L

Normes de rejet:

  • DBO5 : ≤ 25 mg/L
  • DCO : ≤ 125 mg/L
  • Azote total : ≤ 10 mg/L
  • Phosphore total : ≤ 2 mg/L
  • Solides en suspension : ≤ 30 mg/L

Questions:

  1. Calcul du flux journalier des polluants: Calculez le flux quotidien (en kg/jour) pour chaque polluant (DBO5, DCO, azote total, phosphore total, solides en suspension) entrant dans la station d’épuration.
  2. Conception du traitement: Proposez une chaîne de traitement qui pourrait efficacement réduire les concentrations de ces polluants aux niveaux requis. Décrivez brièvement chaque étape de traitement proposée.
  3. Efficacité du traitement: Estimez l’efficacité en pourcentage que chaque étape de traitement doit atteindre pour que les eaux usées traitées respectent les normes de rejet.
  4. Impact environnemental: Discutez des impacts environnementaux potentiels si les eaux usées ne sont pas traitées conformément à ces normes.
  5. Considérations supplémentaires: Quels autres facteurs (par exemple, les variations saisonnières, la croissance de la population) pourraient affecter la performance de la station d’épuration et comment pourriez-vous les gérer?

Correction : Qualité Physico-Chimique des Eaux Usées

1. Calcul du flux journalier des polluants:

Pour chaque polluant, le flux journalier (en kg/jour) est calculé comme suit:

Consommation d’eau totale par jour

= Population × Consommation moyenne par habitant

= 20\,000 \text{ habitants} \times 150 \text{ litres/habitant/jour}
= 3\,000\,000 \text{ litres/jour}
= 3\,000 \text{ m}^3\text{/jour} \quad (\text{car } 1 \text{ m}^3 = 1\,000 \text{ litres})

Flux pour chaque polluant (en kg/jour)

= Concentration du polluant (en mg/L) × Volume total d’eau/jour (en m³) × Conversion de mg en kg (1 kg = 1,000,000 mg)

  • DBO5:

= 220\, \text{mg/L} \times 3000\, \text{m}^3/\text{jour} \times \left(\frac{1\, \text{kg}}{1,000,000\, \text{mg}}\right)

= 660\, \text{kg/jour}

  • DCO:

= 500\, \text{mg/L} \times 3000\, \text{m}^3/\text{jour} \times \left(\frac{1\, \text{kg}}{1,000,000\, \text{mg}}\right)

= 1500\, \text{kg/jour}

  • Azote total

= 35\, \text{mg/L} \times 3000\, \text{m}^3/\text{jour} \times \left(\frac{1\, \text{kg}}{1,000,000\, \text{mg}}\right)

= 105\, \text{kg/jour}

  • Phosphore total

= 10\, \text{mg/L} \times 3000\, \text{m}^3/\text{jour} \times \left(\frac{1\, \text{kg}}{1,000,000\, \text{mg}}\right)

= 30\, \text{kg/jour}

  • Solides en suspension

= 200\, \text{mg/L} \times 3000\, \text{m}^3/\text{jour} \times \left(\frac{1\, \text{kg}}{1,000,000\, \text{mg}}\right)

= 600\, \text{kg/jour}

2. Conception du traitement:

Une chaîne de traitement classique pourrait inclure :

  • Prétraitement (tamisage, dessablage, dégraissage) pour éliminer les déchets solides, le sable et les graisses.
  • Traitement primaire (décantation primaire) pour réduire les solides en suspension.
  • Traitement secondaire (boues activées, lagunage, filtres biologiques) pour réduire significativement la DBO, la DCO, les nitrates et les phosphates.
  • Traitement tertiaire (filtration, désinfection) pour affiner la qualité de l’eau, notamment réduire les phosphores et les nitrates à des niveaux très bas.

3. Efficacité du traitement:

L’efficacité en pourcentage nécessaire pour chaque étape de traitement peut être estimée en comparant les concentrations requises en sortie avec les concentrations en entrée.

pour la DBO5 :

Efficacité requise = [(Concentration entrée – Concentration sortie) / Concentration entrée] × 100

  • Efficacité DBO5:

= \left(\frac{(220\, \text{mg/L} - 25\, \text{mg/L})}{220\, \text{mg/L}}\right) \times 100

    \[ \approx 88.6\% \]

DCO (Demande Chimique en Oxygène):

  • Efficacité requise

= \left( \frac{500\, \text{mg/L} - 125\, \text{mg/L}}{500\, \text{mg/L}} \right) \times 100

    \[ \approx 75\%\]

Azote total:

  • Efficacité requise

    \[ = \left( \frac{35\, \text{mg/L} - 10\, \text{mg/L}}{35\, \text{mg/L}} \right) \times 100\]

    \[ \approx 71.4\%\]

Phosphore total:

  • Efficacité requise

    \[ = \left( \frac{10\, \text{mg/L} - 2\, \text{mg/L}}{10\, \text{mg/L}} \right) \times 100\]

    \[ \approx 80\%\]

Solides en suspension:

  • Efficacité requise

= \left( \frac{200\, \text{mg/L} - 30\, \text{mg/L}}{200\, \text{mg/L}} \right) \times 100

    \[ \approx 85\%\]

4. Impact environnemental:

Si les eaux usées ne sont pas traitées conformément aux normes, les impacts environnementaux peuvent être significatifs :

  • Eutrophisation des cours d’eau :

La présence excessive de nutriments tels que l’azote et le phosphore peut entraîner une prolifération d’algues (bloom algal), réduisant l’oxygène disponible pour les autres formes de vie aquatique et perturbant l’écosystème.

  • Diminution de l’oxygène dissous :

Une forte DBO5 et DCO signifie une grande quantité de matière organique dans l’eau, dont la dégradation consomme de l’oxygène, nuisant ainsi à la vie aquatique.

  • Risques pour la santé publique :

Les eaux usées non traitées peuvent contenir des pathogènes dangereux et des substances toxiques, présentant un risque pour la santé humaine, en particulier en cas de contact ou de consommation.

  • Pollution des sols et des eaux souterraines :

Les contaminants des eaux usées peuvent s’infiltrer dans les sols et les eaux souterraines, affectant l’agriculture et l’accès à l’eau potable.

  • Détérioration de la biodiversité :

Les substances toxiques et les changements dans les conditions de l’eau peuvent nuire à la biodiversité locale, affectant à la fois la faune et la flore.

5. Considérations supplémentaires:

  • Variations saisonnières :

La station d’épuration doit être conçue pour gérer les fluctuations saisonnières de débit, telles que les fortes pluies pouvant augmenter le volume des eaux usées ou les périodes de sécheresse réduisant le flux d’eau.

  • Croissance de la population :

La conception doit anticiper l’augmentation future de la population, ce qui implique une augmentation de la production d’eaux usées. Une capacité d’extension ou une modularité dans la conception peut être envisagée.

  • Changements technologiques :

L’intégration de nouvelles technologies pour améliorer l’efficacité du traitement, réduire les coûts et minimiser l’impact environnemental est essentielle. Cela peut inclure l’adoption de systèmes de traitement avancés ou de méthodes de récupération des ressources.

  • Gestion des boues :

La gestion des boues produites lors du traitement est une considération importante. Leur traitement et leur élimination ou valorisation (par exemple, en agriculture ou comme source d’énergie) doivent être planifiés.

  • Durabilité et impact environnemental :

La station d’épuration devrait être conçue en tenant compte de son empreinte carbone, de la consommation énergétique et de l’impact sur les écosystèmes locaux.

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