CREDITS DIMPULSION AQUAPOLE DEVELOPPEMENT DOUTILS DE CONCEPTION, DE DIMENSIONNEMENT, DEXPLOITATION...
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CREDITS D’IMPULSION AQUAPOLE
DEVELOPPEMENT D’OUTILS DE CONCEPTION, DE DIMENSIONNEMENT, D’EXPLOITATION ET DE DIAGNOSTIC
DES STEPS
L. Vandevenne – P. Henry
OUTILS DE CONCEPTION, DE DIMENSIONNEMENT, D’EXPLOITATION ET DE DIAGNOSTIC DES STEPS
Deux aspects primordiaux dans la conception/fonctionnement de la step biologique :
• Les processus biochimiques et physiques
MODELISATION
• L’équilibre des populations microbiennes
IMAGE MICROSCOPIQUE
MODELISATION ET IMAGE MICROSCOPIQUE
OUTILS DE CONCEPTION, DE DIMENSIONNEMENT, D’EXPLOITATION ET DE DIAGNOSTIC DES STEPS
1. LOGICIEL WEST (Worldwide Engine for Simulation, Training and automation)
Logiciel de simulation des opérations unitaires de traitement (modèles mathématiques)
2. MICROSCOPIE
Microscope/camera Leica DMLS2/DFC280
Logiciel de capture et gestion d’image (Leica image manager)
PRESENTATION
OUTILS DE CONCEPTION, DE DIMENSIONNEMENT, D’EXPLOITATION ET DE DIAGNOSTIC DES STEPS
• CONCEPTION DE STATION – procédés/performances/coûts
• MISE A NIVEAU DE STATION – optimalisation du process, études de schémas
• GESTION DE STATION – limites/protocoles de gestion/coûts d’exploitation/suivi en ligne
• ACTIVITES DE FORMATION• ACTIVITES DE RECHERCHE
APPLICATIONS
STATION D’EPURATION = ASSEMBLAGE DE PROCEDES BIOLOGIQUES ET PHYSICO-CHIMIQUES
MODELISATION
Procédés physico-chimique : simple séparation des polluants de l’eau (sédimentation, filtration) ou oxydation chimique (Ozonation, oxydation Fenton, ...)
Procédés biologiques : intervention des microorganismes - métabolisation des polluants et croissance bactérienne
Procédés Modèles 1 Logiciel
MODELISATION
MODELE BOUE ACTIVEE - PRINCIPE
INFLUENT
DCO en contact avec la biomasse
CINETIQUE : vitesse d’élimination (DCO, ...)
dS/dt = K S/(Ks + S) * B (resp DCO)dB/dt = b*B (resp endogène)
STOECHIOMETRIE : quantités (biomasse, oxyg.)
1S 0,6 B1 S 0,4 O2
CINETIQUE : vitesse d’élimination (DCO, ...)
dS/dt = K S/(Ks + S) * B (resp DCO)dB/dt = b*B (resp endogène)
STOECHIOMETRIE : quantités (biomasse, oxyg.)
1S 0,6 B1 S 0,4 O2
Quantité de biomasse dans le
bassin
DCO résiduelle
Production de biomasse
Purges de boues
Température, alcalinité, oxygénation
Respiration endogène
Consommation O2
DETAIL
DETAIL
MODELISATION
EX. BOUE ACTIVEE EN ALTERNANCE DE PHASES
MODELISATION
DONNEES
• INFLUENT : urbain sans variation horaire – 10000 EH• AGE DES BOUES : 18 jours• MES liqueur mixte : 4,5 g/L
2250 m³ de bassin, 565 kg MES/d, 23 g O2/m³.h
• N-NO3 effluent : 8 mg/L Falt : 0,64 (3h aéré/2h non aéré)
• Débit de recirculation : 100 % QIN• Température : 12 °C
MODELISATION
ETAPE 1 : CONSTRUCTION DE LA STATION
MODELISATION
ETAPE 2 : CHOIX ET CALAGE DES MODELES
BASSIN A BOUE ACTIVEE : MODELE ASM3, calibration Koch (2000)
CLARIFICATEUR : MODELE TAKACS, calibration par défaut.
MODELISATION
ETAPE 3 : SIMULATION
1. SYSTEME A L’EQUILIBRE EN VALEURS NOMINALES
TSSgfedcbAge des bouesgfedcbNO3gfedcMVSgfedcbMVS/MESgfedcb
343230282624222018161412108642
TSS
- MVS
[mg/
L]
5.000
4.500
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
Age des boues - MVS/M
ES [d]
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
NH4gfedcbNO3gfedcbDCO solgfedcbMESgfedcb
24222018161412108642
Con
cent
ratio
n N
-NH
4, D
CO
sol,
ME
S [m
g/L]
40
3836
34
3230
2826
2422
2018
1614
1210
86
42
N-N
O3 [m
g/L]
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
oxyg aérationgfedcbrespi aérationgfedcb
24222018161412108642
oxyg
ène
[mg/
L]
2
1
respiration [mg O
2/L.h]
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
Effluent N-NO3 en excès, 14 mg/L
Oxygène
Liqueur mixte
1gfedcb2gfedcb3gfedcb4gfedcb5gfedcb6gfedcb7gfedcb8gfedcb9gfedcb10gfedcb
1413121110987654321
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
MODELISATION
ETAPE 3 : SIMULATION 1
SYSTEME A L’EQUILIBRE EN VALEURS NOMINALES
Clarification
Boues purgées
Purgedebouegfedcb
Temps [d]24222018161412108642
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
Validation du dimensionnement (VOL, OXYGENE, PRODUCTION DE BOUES)
Optimalisation N-NO3 effluent
MODELISATION
ETAPE 3 : SIMULATION
2. OPTIMALISATION N-NO3 EFFLUENT
MODIFICATION DE LA DUREE DES PHASES
AERO/ANO
N-NO3 effluent : 4 mg/L
NH4gfedcbNO3gfedcbDCO solgfedcMESgfedcbN-NH4 + N-NO3gfedcb
12010080604020
Con
cent
ratio
n N
-NH
4, D
CO
sol,
ME
S [m
g/L]
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
N-N
O3 ------ N
-NH
4 + N-N
O3 [m
g/L]
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Effluent
3 h/2 h
3 h/3 h
2 h/2,5 h
NH4gfedcNO3gfedcDCO solgfedcMESgfedcbNH4 + NO3gfedc
60555045403530252015105
Con
cent
ratio
n N
-NH
4, D
CO
sol,
ME
S [m
g/L] 90
80
70
60
50
40
30
20
10
NH4gfedcNO3gfedcDCO solgfedcMESgfedcbNH4 + NO3gfedcb
60555045403530252015105
Con
cent
ratio
n N
-NH
4, D
CO
sol,
ME
S [m
g/L] 1.100
1.000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
N-N
O3 et N
-NH
4 + N-N
O3 [m
g/L]
8
7
6
5
4
3
2
1
MODELISATION
ETAPE 3 : SIMULATION
3. ACCIDENT – PANNE DE RECIRCULATION DU CLARIFICATEUR
1gfedcb2gfedcb3gfedcb4gfedcb5gfedcb6gfedcb7gfedcb8gfedcb9gfedcb10gfedcb
60555045403530252015105
16.000
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
début de la panne
+ 24 h : dépassement de la norme sur les MES (35)
+ 34 h : voile des boues en surface du clarificateur
Clarification
Effluent
N
MODELISATION
ETAPE 3 : SIMULATION
3. ACCIDENT – PANNE D’OXYGENATION DURANT 24 H
NH4gfedcbNO3gfedcbDCO solgfedcbMESgfedcNH4 + NO3gfedcb
120110100908070605040302010
Con
cent
ratio
n N
-NH
4, D
CO
sol,
ME
S [m
g/L] 90
80
70
60
50
40
30
20
10N
-NO
3 et N-N
H4 + N
-NO
3 [mg/L]
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
oxyg aérationgfedcrespi aérationgfedcb
120110100908070605040302010
respiration [mg O
2/L.h]
757065
605550454035302520
15105
Après ≤ 10 h : dépassement des normes sur la DCO et N
Respiration
Effluent
accumulation DCO, N-NH4
pic de respiration
INVESTIGATION MICROSCOPIQUE
L’observation microscopique et l’identification des biomasses des systèmes épurateurs (principalement les boues activées) est d’une aide précieuse pour la gestion des stations et l’identification des causes de dysfonctionnement ainsi que pour tous les travaux de recherches développés par le CEBEDEAU dans le domaine.
INVESTIGATION MICROSCOPIQUE
EQUILIBRE ENTRE LES DIFFERENTES POPULATIONS : bactériesprotozoairesmétazoaires
POPULATIONS MICROBIENNES
IDENTIFICATION DES BACTERIES SUIVANT :- Le rôle : nitrifiant, déphosphatant ... épuration- La morphologie : flocs, filaments, croissance dispersée ... sédimentation
INVESTIGATION MICROSCOPIQUE
EN ROUTINE
INVESTIGATION MICROSCOPIQUE
FOISONNEMENT FILAMENTEUX – step industrielle
Identification: type 021N
INVESTIGATION MICROSCOPIQUE
FOISONNEMENT FILAMENTEUX
LUTTE :
Traitement à l’hypochlorite à 7 g Cl2/kg MES fractionnés en 3 jours
SUIVI :
vitesse de sédimentation
T 0 : v = 3 cm/h
T 1d : v = 7 cm/h
T 4d : v = 20 cm/h
Image microscopique+ 3 sem.
CREDITS D’IMPULSION
OUTILS DE CONCEPTION, DE DIMENSIONNEMENT, D’EXPLOITATION ET DE DIAGNOSTIC DES STEPS
Merci pour votre attention
MODELISATION
ASM - CINETIQUE
MODELISATION
ASM - CINETIQUE
BACK
MODELISATION
BACK
ASM - STOECHIOMETRIE
MODELISATION
ETAPE 3 : SIMULATION
3. ACCIDENT – PANNE DE RECIRCULATION DU CLARIFICATEUR
début de la panne
+ 24 h : dépassement de la norme sur les MES (35)
+ 34 h : voile des boues en surface du clarificateur
Effluent
NH4gfedcbNO3gfedcbDCO solgfedcMESgfedcNH4 + NO3gfedcb
60555045403530252015105
Con
cent
ratio
n N
-NH
4, D
CO
sol,
ME
S [m
g/L]
7
6
5
4
3
2
1
N-N
O3 et N
-NH
4 + N-N
O3 [m
g/L]
8
7
6
5
4
3
2
1
NH4gfedcNO3gfedcDCO solgfedcMESgfedcbNH4 + NO3gfedcb
60555045403530252015105
Con
cent
ratio
n N
-NH
4, D
CO
sol,
ME
S [m
g/L] 1.100
1.000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
N-N
O3 et N
-NH
4 + N-N
O3 [m
g/L]
8
7
6
5
4
3
2
1
BACK
TSSgfedcbAge des bouesgfedcNO3gfedcMVSgfedcMVS/MESgfedc
60555045403530252015105
TS
S -
MV
S [m
g/L]
5.000
4.500
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
LM