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station d'épuration




  1. #1
    piouu

    station d'épuration

    Je suis en Premiere ES et ma prof' de biologie nous a demandé de répondre à quelques questions sur la station d'épuration et son fonctionnement.
    Cependant , il y a une question à laquelle je n'arrive pas entierement a répondre qui est la suivante :
    Le traitement biologique : donner le nom des 3 parties du réacteur biologique en précisant le traitement subi par les eaux usées dans chacun . Voici ce que j'ai trouvé :

    - la zone de contact ( mais je ne sais pas quel est le traitement subi par les eaux usées )
    - l'anaérobie : bassin dépourvu d'oxygène dans lequel les bactéries sont obligées de chercher l'oxygène sur la pollution.
    - et le dernier, malgré mes recherches sur internet, je ne trouve pas

    Merci d'avance à ceux et celle qui pourront m'aider

    -----


  2. #2
    NocardiA

    Re : station d'épuration

    FONCTIONNEMENT D’UN BASSIN O.C.O
    (bassin à faible charge)*


    * Un bassin à faible charge permet d’avoir plus de micro-organismes que de nourriture (pollution). Ce qui oblige cette population de micro-organisme à puiser dans ses réserves.


    VOICI LES DIFFERENTES ZONES DU BASSIN O.C.O


    1° Zone centrale ou anaérobie :

    Cette zone permet une auto-oxydation. Cela oblige les micro-organismes à puiser l’énergie dans leur réserve pour leur activité et reproduction (c’est ce qu’on appel LA RESPIRATION ENDOGENE) on obtient ainsi la transformation des produits azotés et carbonés.


    2° Zone anoxie :


    Dans cette zone, on crée une hydrolyse sur les effluents.
    On transforme l’ammoniaque NH3 (toxique) en ammonium NH4 (moins toxique).


    3° Zone aération ou aérobie :


    Dans cette zone, on apporte de l’oxygène O2 au NH4 produit dans la zone anoxie.
    Cela s’appel l’OXYDATION. On obtient ainsi des nitrites NO2 et des nitrates NO3. Cela s’appel la DENITRIFICATION.
    Ensuite, toujours grâce à l’oxygène, à partir d’une molécule NO2 et NO3, on obtient une molécule d’azote N2 + une molécule d’oxygène O2. Cela s’appel la REDUCTION.


    Donc dans une station d’épuration :

    Eau d’entrée : Pas de nitrites ni de nitrates, mais de l’ammoniac.

    Eau de sortie ; Traces de nitrites et de nitrates, un peu d’ammonium.
    Les nitrites doivent êtres proches de 0 sinon mauvaise oxydation (problème zone aérobie).
    Les nitrates NO3 doivent êtres présentent en traces infimes sinon mauvaise dénitrification ou réduction (problème zone anaérobie, trop de pollution ou trop de brassage).

  3. #3
    NocardiA

    Re : station d'épuration

    EPURATION PAR VOIE BIOLOGIQUE



    Objectifs


    Il s'agit essentiellement de réaliser l'élimination de composés organiques biodégradables et de l'azote ammoniacal. Certains procédés permettent l'élimination de l'azote nitrique et même du phosphore.
    Le traitement par voie biologique de la pollution organique dissoute constitue le premier mode de traitement secondaire le plus couramment utilisé en raison de son efficacité.
    Principe
    Le traitement s'effectue dans un réacteur ou l'on met en contact des microorganismes épurateurs et l'eau à épurer. On distingue alors plusieurs procédés possibles :
    - culture fixée ou culture libre
    - processus aérobie ou anaérobie
    On ne s'intéressera ici qu'au cas du procédé à culture libre aérobie.
    Les microorganismes épurateurs sont en suspension dans un bassin aéré, on parle alors de procédé à boues activées. Le réacteur est alimenté en continu (eau usée) et la biomasse transforme les polluants :
    - par adsorption ou absorption des matières polluantes sur le floc bactérien,
    - par conversion de la DBO5 en matière cellulaire : croissance de la culture bactérienne et des microorganismes associés : insolubilisation de la pollution,
    - par oxydation en CO2 et H2O qui produit l'énergie nécessaire au fonctionnement et la production de nouveau matériau cellulaire : transformation de la pollution dissoute en gaz.
    Environ un tiers de la matière organique de l'eau usée doit être oxydée pour produire l'énergie requise. En conséquence, deux tiers subsistent sous forme de boues en excès (biomasse épuratrice générée).
    Si la séparation des phases d'eau épurée et de la boue en excès est convenablement réalisée, c'est plus de 80 à 95 % de la charge organique introduite qui peut être soustraite de l'eau à traiter en un temps très court.
    Comme dans le traitement physico-chimique des eaux usées, on aura deux phases :
    - phase biologique : transformation de la pollution dissoute en gaz ou en biomasse
    - phase physique : séparation de la biomasse épuratrice de l'eau épurée : décantation

    Caractéristiques des matières polluantes à éliminer


    Les matières solides et les colloïdes

    La biomasse épuratrice n'aura que très peu d'impact sur l'élimination des MES et des colloïdes. Ils seront éliminés lors de la phase de décantation, les colloïdes s'adsorbant sur le floc bactérien.
    Les matières dissoutes
    Les matières organiques
    Elles comprennent le Carbone Organique Dissous Biodégradable (CODB) et le Carbone Organique Dissous Réfractaire (CODR).
    La biomasse épuratrice utilise le CODB comme source de carbone et d'énergie et n'a aucune action sur le CODR. En conséquence le CODR représente la fraction non biodégradable de la matière organique et quantifiée dans la DCO soluble, quant au CODB, il représente la fraction biodégradable quantifiée dans la DBO5.
    Les matières minérales
    Les matières minérales " bio transformables " sont l'ammonium et les orthophosphates.

    Phase biologique

    Les polluants sont éliminés par oxydations biologiques, pour la plupart, grâce à une microfaune aérée constituée de bactéries chimioorganotrophes principalement, de protozoaires voire de métazoaires : les boues activées. La forte concentration en microorganismes (2 à 5 g/L) est maintenue constante grâce à un recyclage de la biomasse qui permet de maintenir, dans le bassin à boue activée, un taux de croissance constant. Le système d'apport de l'air permet le brassage de la biomasse et évite sa décantation dans le bassin d'aération.
    La filière biologique est envisageable dès lors que :
    - le rapport DCO/DBO5 est inférieur à 3, ce qui correspond à un bon indice de biodégradabilité de l'effluent.
    - le rapport carbone/azote/phosphore de l'effluent est de 100/5/1 ce qui correspond à un bon équilibre en nutriments, permettant ainsi le développement optimal de la biomasse épuratrice.
    Structure de la boue activée
    La boue activée est constituée par le floc, lui-même étant constitué de bactéries agglomérées, emprisonnées dans une matrice organique. Dans les conditions d'une eau usée, les bactéries sont sous-alimentées et pour mieux résister vont sécréter des polymères exo cellulaires composés d'un mélange de polyosides principalement. Grâce à ce polymère, les bactéries peuvent :
    - adhérer les unes aux autres pour éviter une dispersion des bactéries
    - retenir et adsorber les substances nutritives de l'eau usée, et donc de concentrer les matières nutritives (DBO5, O2…) au voisinage des bactéries. Viennent ensuite se développer sur et à proximité de ces flocs une faune de protozoaires voire de métazoaires qui profitent de cet " oasis ".
    Composition de la boue activée
    - bactéries à raison de 6,6 milliards/mL de boue activée. Elles représentent la biomasse la plus abondante par le nombre. On y trouve des germes de l'environnement et pour l'essentiel des bacilles Gram-, aérobies et mobiles. Les principaux genres sont Pseudomonas, Aeromonas, Arthrobacter, Flavobacter, Achromobater et Alcaligenes.
    - protozoaires à raison de 50 000/mL de boue activée. Ils se partagent en différentes classes comme les zooflagellés(Bodo…), les holotriches (Litonotus…), les hypotriches (Aspidisca…) et les péritriches (vorticelles…).
    - métazoaires comme les rotifères et les nématodes.
    fonctionnement de la boue activée

    La boue activée est organisée comme une chaîne alimentaire, les bactéries étant à la place des producteurs et se multipliant de manière proportionnelle à la charge organique. Les autres organismes établissent des relations de prédation ou de compétition.
    Les bactéries minéralisent la matière organique alors que les autres organismes favorisent leur élimination, participant ainsi au maintient d'une biomasse bactérienne constante et à la clarification du liquide interstitiel.


    - production primaire constituée de bactéries et de zooflagellés (croissance proportionnelle à la DBO5).
    - protozoaire 1 se nourrissent de bactéries et de matière organique. Leur croissance n'est pas proportionnelle à la pollution. Ils participent à la régulation du nombre de bactéries.
    - protozoaire 2 se nourrissent préférentiellement de bactéries, si la nourriture vient à manquer peuvent pratiquer le saprophytisme.
    - protozoaires 3 : compétiteur de protozoaire 2 car ayant les mêmes nourritures et les mêmes préférences. L'un peut se développer aux dépens de l'autre.
    - protozoaire 4 ou métazoaire : prédateurs du protozoaire 2, tendent à le faire disparaître au profit de protozoaire 3.
    - métazoaire : se nourrit de débris de protozoaires et dépolymérise la matière organique particulaire au profit des bactéries.

    Processus biochimiques


    Elimination de la matière organique
    Les bactéries chimioorganotrophes aérobies jouent un rôle prépondérant dans la dégradation de la pollution carbonée (DBO5). Ainsi, dans les boues activées se passent les réactions bilan suivantes :
    minéralisation de la DBO5 apportée par l'effluent : oxydation directe de la DBO5 :


    Cette étape de minéralisation de la matière organique (oxydation du glucose en CO2 et H2O) s'accompagne d'une assimilation d'une fraction de l'azote de Kjeldahl (à hauteur de 5 % de la valeur de la DBO5 assimilée) et d'une production de biomasse (C5H7NO2).
    minéralisation de la biomasse produite : oxydation indirecte de la DBO5


    Cette seconde réaction n'a cours que dans certaines conditions, en particulier quand le teneur en DBO5 devient insuffisante par rapport à la biomasse présente. Il s'en suit une minéralisation complète de la biomasse formée.
    Cette seconde réaction n'est jamais totale et son importance dépend de la charge organique appliquée dans le bassin d'aération. Plus la charge organique à éliminer par unité de masse de biomasse est faible, plus cette réaction sera importante et vis versa.
    En traitement des eaux on définit cette phase par les termes de " respiration endogène " ou d'" auto oxydation " de la biomasse.

    Elimination de l'azote

    L'élimination de l'azote par voie biologique requiert des bactéries aux types trophiques très différents, les différentes formes de l'azote servant tour à tour de source d'azote, de source d'énergie et d'accepteur final d'électrons et de protons. Le processus peut être schématisé ainsi :


    Minéralisation de l'azote organique : ammonification


    Cette réaction, réalisée par des germes hétérotrophes, ne permet pas de fournir un abattement en azote de Kjeldahl important mais simplement de fournir une source d'azote minéral pour que les bactéries puissent minéraliser et assimiler la pollution carbonée (cf réaction de minéralisation de la DBO5 ). L'azote minéral est transféré de la phase liquide vers la phase solide (biomasse) par assimilation et sera éliminée en fin de filière.
    Les stations d'épuration soumises à des contraintes sévères en terme de rejets azotés (zones sensibles à l'eutrophisation) doivent compléter ce traitement par un traitement qui permettra de transformer l'ammonium en diazote : réactions de nitrification - dénitrification.
    Oxydation de l'ammonium : nitrification


    Cette réaction globale, liée aux synthèses cellulaires, rend compte de l'action de deux groupes de germes chimiolithoautotrophes sur l'ammonium : les germes nitrifiants. Ces germes , dont l'un est nitritant (Nitrosomonas) et l'autre nitratant (Nitrobacter) , sont aérobies strictes et tirent leur énergie de l'oxydation de l'ammonium. Cette réaction n'est possible en station d'épuration que si la DBO5 est suffisamment minéralisée et si les conditions d'oxygénation suffisantes :
    - la quantité de CO2 (source de carbone) issue de la minéralisation de la DBO5 doit être suffisante pour permettre le développement des autotrophes nitrifiants.
    - la quantité de DBO5 (source de carbone et d'énergie des hétérotrophes) doit être suffisamment faible pour que les nitrifiants ne soient pas en compétition avec les germes hétérotrophes pour l’ammonium (source d'azote et d'énergie) . Le temps de génération des hétérotrophes étant de 30 minutes à 1 heure, contre 24 heures pour les nitrifiants, ceux-ci peuvent représenter l'espèce dominante et séquestrer l'ammonium et l'oxygène aux dépens des nitrifiants.
    - teneur en oxygène libre supérieure ou égale à 2 mg/L.
    Réduction des nitrates : Dénitrification dissimilatrice


    Cette réaction, liée aux synthèses cellulaires, est catalysée par des bactéries chimioorganotrophes aérobies strictes pratiquant la respiration anaérobie. Les nitrates, issus de la nitrification, servent d'accepteurs finaux d'électrons et de protons dans le processus de respiration. A l'inverse de la précédente, cette réaction n'est possible que dans les conditions suivantes :
    - la teneur en DBO5 doit être suffisante pour permettre le développement des hétérotrophes dénitrifiants.
    - on doit être dans des conditions d'anoxie, c'est à dire présence d'oxygène lié (NO3-) et absence d'oxygène libre (O2) afin de favoriser la respiration sur nitrates.
    L'anoxie est mesurée par le potentiel redox du milieu et correspond à une valeur moyenne de EH2 = +150 mV. Remarque : pour l'aérobiose, hormis la mesure de l'oxygène dissous, elle correspond à une mesure de potentiel redox de l'ordre de EH2 = +350 mV.
    On arrive dans des conditions d'anaérobiose (absence d'oxygène libre et d'oxygène lié) lorsque EH2 = 0 mV.

    Cette élimination conjointe de l'azote est très difficile à mettre en œuvre dans une filière classique et nécessite la conception de deux bassins séparés dans lesquels sont générées les conditions optimales de chacun :




    Le bassin d'anoxie doit être plus petit que le bassin d'aération, cette différence de taille permettant de générer, dans le bassin d'anoxie, les conditions idéales de développement des hétérotrophes et dans le bassin d'aération les conditions idéales de développement des autotrophes. Les germes dénitrifiants génèrent, par la respiration nitrate, le CO2 nécessaire aux nitrifiants, et ont besoin d'un apport suffisant en carbone organique, d'où le positionnement de la zone d'anoxie en tête de filière.



    Elimination du phosphore

    Elle repose sur la génération de deux phases :
    - phase anaérobie : des germes aérobies stricts qui, sous l'action du stress anaérobie, libèrent du phosphore dans le milieu et accumulent des réserves de polyhydroxybutyrate.
    - phase aérobie : les mêmes germes aérobies strict réabsorbent le phosphore libéré plus celui présent dans l'eau usée en hydrolysant leur réserve de polyhydroxybutyrate : on parle d'assimilation pléthorique.
    Globalement, il y a eu plus de phosphore absorbé que de phosphore libéré, le phosphore de l'eau usée ayant été transféré de la phase liquide vers la phase solide. Il sera donc éliminé dans les boues lors de la phase de décantation.
    Phase de décantation
    Elle aura pour but de séparer la biomasse épuratrice et les MES de l'eau épurée : il y a production de boues biologiques. Les principes et contraintes de la phase de décantation sont identiques à ceux décrits dans le traitement physico-chimique, ainsi que pour le devenir des boues.


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