Assainissement industriel_caractérisation des eaux usées

GCH-2101 Assainissement industriel

Préparé par B. Grandjean, Département de génie chimique Université Laval

P2P2-- Eau : Eau : 11

Chapitre 2: Caractérisation des

eaux usées

2.1 Les composés polluants

• Les composés organiques solubles

(biodégradation => diminution de O2)

• Les solides en suspension: dépôts

dans les zones tranquilles; leur fraction

organique peut se décomposer et

engendrer une diminution de O2 dissous

et un relarguage de gaz nocifs.

Composés polluants (suite)

• Des composés organiques à l'état de

trace (comme le phénol) sources de

goût et d'odeur dans des eaux qui

seraient destinées à la consommation.

• Des composés minéraux ou organiques

sources de couleur et de turbidité des

eaux

• Des métaux lourds, cyanures et

composés organiques toxiques (voir

liste de l'Environmental Protection

Agency EPA p a2.6)



P2P2-- Eau : Eau : 22

Composés polluants (suite)

• Azote et Phosphore (nitrates,

phosphates) dont la présence favorise

l'eutrophication de certains milieux

aquatiques

• Certaines substances réfractaires à la

biodégradation dont la persistance

dans le milieu est nocive ou

inesthétique (mousse).

Composés polluants (fin)

• Certains composés volatils (i.e. H2S)

dont le relarguage aggrave la pollution

atmosphérique.

• Des composés acides ou basiques

entraînant des valeurs de pH de l'eau

incompatible avec la vie aquatique.

• Microorganismes pathogènes



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2.2 Grandeurs caractéristiques de

la charge polluante d'un effluent2.2.1 Matières solides:

LMatières solides totales (mg/L): ce qui

reste après évaporation à 103/105oC

MST

LMatières en suspension (mg/L) :ce qui

est récupéré sur un filtre de 1µm MES

Matières totales dissoutes:

MTD=MST-MES

Matières solides (suite)

LMatières décantables (mL/L):volume

des solides qui sédimentent dans un

cône de Imhoff après 1 H

LMatières solides volatiles (mg/L) MSV:

MES qui se volatilisent au four à 550oC

LMatières solides fixes MSF=MES-MSV



P2P2-- Eau : Eau : 44

matières solides (fin)

L Matières volatiles dissoutes:MTD

(filtrables) qui se volatilisent à 550oC

MVD(mg/L)

LMatières fixes dissoutes

MFD= MTD-MVD

Taille des matières solides

Pdissoutes < 10-3µm (10-6 mm)

Pcolloïdales 10-3<d<1 µm

Pen suspension >1µm



P2P2-- Eau : Eau : 55

Les matières solides:

Matières solides

Matières

solides

totales

(MST)

en

suspension (MES)

décantables

(MD)

inorganiques (fixes)

organiques (volatiles) matières solides

volatiles (MSV)non

décantables

organiques (volatiles)


dissoutes

totales(MTD)

colloïdales inorganiques (fixes)

organiques (volatiles) matière volatiles

dissoutes (MVD)dissoutes organiques (volatiles)


2.2.2 Demande biochimique en

oxygène, DBO-DBO5

• biodégradation de composé organique

par des micro-organismes (bactéries)

• Comp.Org + O2 + cellules (biomasse)

(présence de nutriments N,P) ==>

CO2+H2O+NH3

+cellules+résidu +énergie

(cellules=C5H7O2N)



P2P2-- Eau : Eau : 66

DBO (mg/L)

P après 20 jours, tous les composés

oxydables sont oxydés

PDBO=quantité d'O2 utilisé

P DBO20 = DBO ultime

P valeur de la DBO après 5 jours:

DBO5

Courbes de DBO

T e m ps (j ou rs)

2 4 6 8 10 12 14 16 18

y =D B O (t )

D B O u lt im e ,L o

D B O d e se c on deé ta pe

8888D B O 5 (t =5jou rs)



P2P2-- Eau : Eau : 77

DBO(suite)

• Dans les conditions d’opérations du test de DBO, la disparition de la matière organique suit une cinétique du premier ordre et la variation de la concentration en substrat organique C s’exprime suivant:

)]exp(1[)()0( 00 ktCtCtCkCdt

dC−−=−=⇒−=

DBO(suite)– La quantité d’oxygène consommé, y,

jusqu’au temps t, étant proportionnelle à la quantité de substrat disparu [C0-C(t)], le modèle cinétique retenu pour la variation dans le temps de la DBO s’exprime:

y DBO , exercée au temps t L0 DBO ultime quand t = infini L DBO restante (ce qui reste à consommer

pour atteindre la DBO ultime)K (ou k)Constante de vitesse

y L L L e Lkt Kt

= − = − = −− −

0 0 01 1 10( ) ( )



P2P2-- Eau : Eau : 88

DBO(suite)

• Constante de vitesse qui varie avec la

température suivant une loi d’Arrhénius

Pour des eaux usées domestiques par

exemple on suggère

= 1.135 pour 4<T<20o C

= 1.056 pour 20<T<30o C

K KT

T=

−

20

20θ

( )

θ

DBO de seconde étape

• après incubation (6-10 j) les bactéries

nitrifiantes (Nitrosomonas ,Nitrobacter)

oxydent NH3 :nitritation

NO2-:nitratation

• NH3 + O2 + cellules=> NO2-

• NO2- + O2 + cellules=>NO3

-

Biodégradation: Comp.Org + O2 + cellules (biomasse) ==> CO2+H2O+NH3 +cellules+résidu +énergie



P2P2-- Eau : Eau : 99

Mesure de DBO parfois difficile:A: idéale B: biodégradation après acclimatation

C:mauvaise acclimatation D: effluent toxique

A

B

C

D

Tem ps

D BO

Procédure expérimentale pour la

mesure de la DBO

Air

Eau distillée +

Ensemencement

(bactéries)+nutriments

saturée en oxygène

300 mL

témoin

test

dans le noir, à 20o C

à 5 j, on mesure O2



P2P2-- Eau : Eau : 1010

Demande chimique en oxygène

DCO (mg/L)

• O2 consommé par oxydation au

dichromate de potassium

• caractérise les composés oxydables

(biodégradable et non biodégradable)

• DCO > (ou =) DBO

• DCO/DBO fonction effluent

• (voir p a2.1-a2.2)

Demande théorique en oxygène

DThO (mg/L)

• C'est la quantité d'oxygène pour oxyder

complètement un composé en produits

stables (CO2, H2O, NO3). Pour la

plupart des composés organiques, à

l'exception de certains composés

aromatiques, on a DThO =COD



P2P2-- Eau : Eau : 1111

Carbone organique total

COT (mg/L)

• Il représente la teneur en carbone lié à

la matière organique. La technique

repose sur la mesure du CO2 après

oxydation

Azote Kjeldahl (NTK, mg/L)

• Il représente la quantité d'azote sous

formes réduites : organique et

ammoniacale (N-NH4-), abusivement

appelé azote total.



P2P2-- Eau : Eau : 1212

Azote global

• C'est la somme des formes oxydées et

réduites de l'azote : azote organique,

ammoniacal et des formes oxydées

(nitrites et nitrates).

• On trouvera aux pages a2-8,9 les valeurs

de ces grandeurs caractéristiques pour

différents types d'effluents ou de

composés organiques

Recommandations pour le rejet

d ’eaux usées (p a2-7)

• DBO5 20 mg/L

• MST: 25 mg/L

• pH: 6-9

• Température: effet < 1oC pour le milieu

récepteur

• Dilution non acceptable

Vérifier si Norme par secteur d ’activité



P2P2-- Eau : Eau : 1313

Exemple de charges polluantes typiques

d ’eaux usées

Eaux usées

urbaines

Industrie

alimentaire(lait)

Lisier de porc Recommandations

fédérales desrejets

MST (mg/L) 900 1600

MES (mg/L) 300 300 30 000 - 80 000 25

DBO5 (mg/L) 240 1000 10 000 - 30 000 20

DCO (mg/L) 400 1900 25 000 - 60 000

COT (mg/L) 170

P (mg/L) 8 12 1

N (mg/L) 30 50 3000-4000 (NH4)

Normes de rejets fixées par secteurs industriels:

Secteur des pâtes et papiers: charge exprimée par tonne produite (pour éviter

les dilutions)

http://www.mddep.gouv.qc.ca/milieu_ind/bilans/pates2009/bilan09.pdf

tsa tonne métrique de production à une teneur en eau de 10 %

COHA composés organiques halogénés adsorbables

(*) Toxicité : =1 si 50% de mortalité après 96h sur effluent brut

=3 si 50% de mortalité après 96h sur effluent dilué 1 ds 3 vol.

(*) Voir guide d’application du règlement: http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/guide-applicationRFPP.pdf



P2P2-- Eau : Eau : 1414

Secteur des raffineries de pétroles

http://www.mddep.gouv.qc.ca/milieu_ind/bilans/petroliere/2009/raffineries2009.pdf

Eaux usées domestiques

et équivalent-habitant• tableau p a2.3: gramme/jour/habitant

• DBO5: 54

• DCO: 110

• MES: 60

• Azote: 15

• Phosphore:2.5

• exemple de calcul



P2P2-- Eau : Eau : 1515

Calcul d ’équivalent-habitant

• En 95, les rejets de la raffinerie Ultramar était de 8852 m3/j contenant 161 kg/m3 de MES, 26.9 kg/m3 d ’huiles et graisse, 24.4 kg/m3

d ’azote ammoniacal (re. SLV2000).

• Calculer le nombre d ’ équivalent-habitants de ce rejet en terme de MES et de N

Nbre d ’E-H (MES)= 8852 . 161. 1000 / 60 = 23.75 Millions

• Nbre d ’E-H (N)= 8852 . 24.4. 1000 / 15 = 14.40 Millions

Variation dans le temps des

caractéristiques d'un effluent

• Situations:

-mode discontinu de production

-arrêt fin de semaine ou saison

-variabilité des réactifs ou produits

• Effet néfaste sur les procédés de

traitement en aval



P2P2-- Eau : Eau : 1616

Nécessité de bien caractériser un

effluent industriel avant de

vouloir le traiter

2.3 Effet de la pollution de l'eau

sur l'environnement et le biotope

• suite à un déversement d'eaux usées

domestiques dans une rivière, en aval

variations significatives :

• de la concentration en oxygène dissous

dans l'eau (sag curve ou courbe en sac)

• de la répartition des espèces (des trois règnes bactérien, végétal et animal)



P2P2-- Eau : Eau : 1717

sag curve = courbe en sac

Pollution par les microorganismes

• caractérisation difficiles des

pathogènes:

- ne survivent pas longtemps

- en petite quantité

on ne les décelle pas au labo

• analyse longue et coûteuse



P2P2-- Eau : Eau : 1818

Indicateur bactériologique de la

qualité de l'eau: coliforme fécal• micro-organisme plus résistant, en plus

grand nombre (non pathogène, présent

normalement dans les intestins) dont la

présence indique donc une contamination

de l'eau d'origine fécale (qui pourrait être

possiblement pathogène).

• Escherichia Coli ( quelques souches pathogènes dont E Coli O157)

http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/recreative/qualite.htm

LLa classification de la qualité de l’eau pour la protection des activités récréatives

Le ministère du Développement durable, de l’Environnement et des Parcs utilise

une classification de la qualité de l’eau basée sur les teneurs en coliformes fécaux, afin d’évaluer si celle-ci est suffisamment sécuritaire pour qu’on puisse l’utiliser à des fins récréatives. La présentation des résultats diffère selon le type de programme de suivi : celui du Réseau-rivières et le programme Environnement-plage.

http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/recreative/qualite.htm



P2P2-- Eau : Eau : 1919

Qualité de l'eau (usage récréatif) à l'embouchure

de certaines rivières du Québec 1998-2000

http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/recreative/graph-colifecaux.htm

http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/bassinversant/bassins/stlaurent/plages2008.pdf

2008



P2P2-- Eau : Eau : 2020

2009

http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/bassinversant/bassins/stlaurent/plages2009.pdf

Les réseaux d'assainissement

• réseau unitaire: dans le même collecteur,

on retrouve mélangées

- les eaux usées urbaines + eaux de pluie

ou

- les eaux usées industrielles+eaux de pluie

• réseau séparatif:-un réseau pour les eaux usées-un réseau pour les eaux de pluie

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