Master SGE : Seconde année (M2)
Spécialité SAGE

Epuration des eaux (version du 25 octobre 2005)

SGE-SAGE-Epuration-Eau-Programme-2005.htm

UE : Epuration des eaux

Responsable pédagogique : Alain Héduit ( alain.heduit@cemagref.fr )et Daniel Thévenot
( thevenot@univ-paris12.fr )

Enseignants : Alain Héduit, Daniel Thévenot, Jean Krier, Laure Graveleau, Pierre-Henri Dodane, Marie Hélène Tusseau, Jean-Marc Choubert, Sylvie Gillot, Jean Michel Helmer.

Parcours l’intégrant : Master SME, 2^ème année, Spécialité SAGE, 1^er semestre

Pré requis : Connaissances générales de physique, chimie et biologie de l’environnement

Calendrier et salles d’enseignement

	Titre	Statut	Durée (h)	Intervenant	Origine	Dates	Heures	Lieu UPVM
		Intro	/	A. Héduit	Cemagref	Jeu 13/10	14h-15h	P2-132
Cours de base	EPURATION DES EAUX USEES	Cours	3	D. Thévenot	Paris XII	Jeu 13/10	15h-17h	P2-132
		Cours	3	D. Thévenot	Paris XII	Jeu 20/10	14h-17h	P2-132
		Cours	3	D. Thévenot	Paris XII	Jeu 27/10	14h-17h	P2-132
	TRAITEMENT DES BOUES	Cours	1,5	J. Krier	SIAAP	Jeu 10/11	14h-17h	P2-132
Cours spécialisés	ASSAINISSEMENT SIAAP	Cours	1,5	J. Krier	SIAAP	Jeu 10/11	14h-17h	P2-132
	BIOLOGIE DES BOUES ACTIVEES	Cours	3	L. Graveleau	Cemagref	Jeu 3/11	14h-17h	P1-003
	CAS DES PETITES COLLECTIVITES	Cours	3	P-H Dodane	Cemagref	Jeu 24/11	14h-17h	P2-132
	ASSAINISSEMENT et METAUX	Cours	3	M-H Tusseau	Cemagref	Jeu 1/12	14h-17h	P2-132
	MODELISATION BOUES ACTIVEES	Cours	3	J-M Choubert	Cemagref	Jeu 8/12	14h-17h	P2-132
	N^ellesTECHNOLOGIES(BRM, BIOFILTRES)	Cours	3	xxxxxxx	Veolia ou Suez	Jeu 15/12	14h-17h	P2-132
	TRANSFERT D’OXYGENE EN STEP	Cours	3	S. Gillot	Cemagref	Jeu 5/1 ?	14h-17h	P2-132
Travaux dirigés	VISITE STEP NOISY	TD	3	J. Krier	SIAAP	Ven 25/11	9h-12h	Noisy
	DECANTATION : Stockes, Hazen, Décanteur lamellaire…	TD	3	D. Thévenot	Paris XII	Ven 2/12	9h-12h	P1-05
	DIMENSIONNEMENT BOUES ACTIVEES	TD	3	J-M Helmer	Cemagref	Ven 9/12 Ven 16/12	9h-12h 9h-12h	P1-05
	MODELISATION DYNAMIQUE BOUES ACTIVEES	TD	6	S. Gillot	Cemagref	13/1	9h-12h	P1-05
EXAMEN/Evaluation			3	A. Héduit	Cemagref	Jeu 19/1	14h-17h	P1-05
	Total general:		48

Résume du programme : (plan et présentations disponibles au format PDF à l’adresse : http://www.enpc.fr/cereve/HomePages/thevenot/enseignement.html )

0. Introduction : A. Héduit : Cemagref-HBAN , Parc de Tourvoie, BP 44 , F-92 163 Antony cedex ; Tel 01 40 96 61 01.

1. L'eau et ses polluants dans un bassin versant : D. Thévenot (9 h) (13 au 27 oct. 2005)

0- Introduction

· Politique européenne et française d’assainissement : Directive Européenne du 21 Mai 1991 (91/271/CEE), responsabilité, coût de l’épuration, équivalent habitant, Directive Cadre sur l’Eau (DCE)

· Situation en France : collecte, épuration (date de construction, capacité et efficacité de traitement)

· Filière de traitement : schéma général d'une filière de traitement biologique,

1- Assainissement (collecte des eaux usées)

· Définitions, réseaux d’assainissement unitaires et séparatifs, coût de l’assainissement,

· Traitements en réseaux, et pollutions véhiculées en réseau : MES, MOOx, nutriments, toxiques,

· Situation en France : longueur du réseau (inférieur à celui de distribution d’eau potable), taux de raccordement, assainissement collectif et autonome (traitement au niveau de chaque habitation),

· Conclusion : taux de raccordement au réseau d’assainissement,

2- Prétraitement

· Principe : séparation par taille ou masse volumique, traitements physiques sans réactif,

· Dégrillage : grilles mécaniques, volumes recueillis annuellement par habitant,

· Dessablage : chambre de décantation de particules millimétriques,

· Déshuilage : insufflation d’air et cloison siphoïde,

· Décantation primaire : particules sédimentables, équation de Stockes (particules grenues), décanteur idéal de Hazen (trajectoires limites en décanteur rectangulaire ou cylindrique), décanteur réel (hauteur du « voile de boues », conduite d’un décanteur), technologie des décanteurs (longitudinal raclé, cylindro-conique, décanteurs lamellaires cylindrique raclé) et décanteurs lamellaires (principe, faisceaux ou lamelles, trajectoire limite, différents types), traitement des refus, sables et graisses,

3- Traitements chimiques des eaux : colloïdes, 3 étapes principales (coagulation, floculation, décantation secondaire), types de floculation (sphérique, à barres, pales ou plaques perforées), caractérisation des eaux et des réactions (Jar test et potentiel Zêta ou potentiel de surface mesuré par électrophorèse), décanteur-floculateur raclé,

4- Traitements biologiques aérobies

· Classification par type de culture bactérienne et d’aération, avantages et inconvénients,

· Lits bactériens : principe de fonctionnement, schéma, matériaux de remplissage, principales caractéristiques,

· Disques biologiques : principe et schéma fonctionnel, avantages et inconvénients,

· Culture fixées : principe des biofiltres ou lits triphasiques, granulés utilisés (argile ou polystyrène), conclusions,

· Boues activées : principe de fonctionnement (bassin d’aération et décanteur secondaire), aération de surface (turbines et brosses) ou insufflation d’air, chenal d’aération (agitation), zones anoxiques de dénitrification, conclusion,

5- Traitement biologiques anaérobies : principe de gestion des boues de station d’épuration, processus successifs, fermenteurs à culture libre ou fixée, prévision de la production de méthane (dismutation redox de la matière organique), conclusions,

6- Traitement des boues : digestion aérobie ou anaérobie, séchage, filtration, compostage, épandage, incinération, comparaison des coûts des différentes filières, des pratiques en Europe, décharges réservées aux déchets « ultimes »,

7- Traitements tertiaires : typologie (chez industriel ou en station d’épuration, physico-chimique ou biologique), nitrification, dénitrification, déphosphatation, traitement des métaux lourds, stérilisation des eaux (voir chap. Production d’eaux potables),

8- Procédés rustiques d'épuration : principe, lagunage naturel ou aéré, domaines d’application,

9- Assainissement autonome ou individuel : justification (habitat dispersé), principe (fosse septique et épandage en sol aéré), cas de sols non appropriés à l’épandage (filtre à sable horizontal ou vertical),

10- Conclusion : recherche et développement, études de cas (stations d’épuration de Toulon, de Pierre-Bénite…).

2 : Traitement des boues : J. Krier SIAAP – DRD , 82 avenue KLEBER, 92700 COLOMBES ; tél : 01 41 19 52 14 / 06 64 53 17 39. jean.krier@siaap.fr (1.5 h) (10 nov. 2005)

1- Nature des boues

2- Objectifs de traitement

3- Stabilisation : anaérobie, aérobie, chimique, thermique

4- Epaississement : décantation, flottation, centrifugation, drainage

5- Déshydratation : lits de séchage, filtration sous vide, filtres-presses, filtres à bande

6- Valorisation agricole

7- Compostage

8- Valorisation thermique

9- Incinération

10- OVH

11- Thermolyse

12- Gazeification

3 : Assainissement au SIAAP : J. Krier SIAAP – DRD, 82 avenue KLEBER, 92700 COLOMBES ; tél : 01 41 19 52 14 / 06 64 53 17 39. jean.krier@siaap.fr (1.5 h) (10 nov. 2005)

1- Présentation du SIAAP

2- Contexte historique

3- Les stations du SIAAP

4- Boues activées (Achères, Valenton, Noisy)

5- Biofiltres (Colombes, Achères, Les Grésillons)

6- Clarifloculation (Achères, Valenton)

7- Lits bactériens (Noisy)

3 :Biologie des boues activées: L . Graveleau, Cemagref-HBAN, Parc de Tourvoie BP 44, F-92 163 Antony cedex ; Tel 01 40 96 60 32. laure.graveleau@cemagref.fr (3 h) (3 nov. 2005)

1- Principe de l’épuration biologique et du procédé à boue activée

2- Floculation et filamentation microbienne

Formation de la boue activée

Développement de la biomasse

Le floc bactérien

3- Microfaune, bactéries filamenteuses et indice de fonctionnement

Protozoaires et métazoaires

Bactéries filamenteuses

4- Microbiologie du traitement de l’azote et du phosphore

Le traitement de l’azote

Le traitement du phosphore

4 :Les stations d’épuration des petites collectivités : Pierre-Henri Dodane Cemagref UR QELY, 3 bis quai Chauveau, 69336 Lyon cedex ; Tel : 04 72 20 87 33. dodane@lyon.cemagref.fr; (3 h) (24 nov. 2005)

1- Un contexte spécifique :

Besoins et contraintes spécifiques

Particularités de la réglementation

Types de techniques adaptées

2- Le lagunage naturel

Principe de fonctionnement et éléments clefs de dimensionnement

Recommandations de conception

3- Les cultures fixées sur support fin

Principe de fonctionnement et éléments clefs de dimensionnement

Listing des différentes filières : recommandations de conception

Liens et références:

Diaporamas :

- http://www.enpc.fr/cereve/HomePages/thevenot/thevenot.html

Documents de synthèse :

- FNDAE 22 : www.fndae.fr « Filières d’épuration adaptées aux petites collectivités »

- Guide Macrophytes : www.eaurmc.fr/documentation « Épuration des Eaux Usées domestiques par Filtres Plantés de Macrophytes : Recommandations techniques pour la Conception et la Réalisation »

Pour approfondir :

- documents Inter-agences (www.eaufrance.com : "Conception de station d’épuration : les 50 recommandations" ; "Épuration des eaux usées urbaines par infiltration-percolation" …)

- effluents agro-alimentaires

o www.cemagref.fr « Les procédés de traitement biologiques aérobies applicables aux effluents vinicoles », « Lutte contre la pollution des eaux résiduaires des abattoirs de bétail »)

o www.inst-elevage.asso.fr « Le traitement des effluents de salle de traite »

5 : Assainissement et métaux : Marie Hélène Tusseau-Vuillemin Cemagref-HBAN, Parc de Tourvoie, BP 44, F-92 163 Antony cedex ; Tel 01 40 96 61 98. marie-helene.tusseau@cemagref.fr

(3 h) (1 déc. 2005)

1. Origines des métaux dans les eaux résiduaires urbaines

Usages domestiques

Usages industriels

Lessivage des surfaces imperméabilisées

2. Réglementation et mise en pratique

Toxicité des métaux - environnement

Toxicité des métaux – traitement biologique

Réglementation

Techniques d’analyse

3. Elimination des métaux dans les stations d’épuration

Principaux processus

Devenir des boues

Impact sur la spéciation

4. Contribution aux flux dans l’environnement

Liens et références :

Chimie des milieux aquatiques, L. Sigg, W. Stumm et Ph. Behra, 1992, Masson.

La Seine en son bassin, M. Meybeck, G. de Marsily, E. Fustec eds., 1998, Elsevier.

Bubb JM and Lester JN. The Effect of Final Sewage Effluent Discharges Upon the Behavior and Fate of Metals in a Lowland River System - a Question of Dilution. Environ Technol 1995; 16: 401-417.

Buckley JA. Complexation of copper in the effluent of a sewage treatment plant and an estimate of its influence on toxicity to coho salmon. Water Res 1983; 17: 1029-1034.

Gagnon C and Saulnier I. Distribution and fate of metals in the dispersion plume of a major municipal effluent. Environ Pollut 2003; 124: 47-55.

Kaplan D, Abeliovich A and Ben-Yaakow S. The fate of heavy metal in wastewater stabilization ponds. Water Res 1987; 21: 1189-1194.

Kunz A and Jardim WF. Complexation and adsorption of copper in raw sewage. Water Res 2000; 34: 2061-2068.

http://www.sisyphe.jussieu.fr/internet/piren/ (rapports)

6. Modélisation dynamique des boues activées : Jean-Marc Choubert, Cemagref UR QELY, 3 bis quai Chauveau, 69336 Lyon cedex ; Tel : 04 72 20 86 28. jean-marc.choubert@cemagref.fr (3 h) (8 déc. 2005)

1- Rappel des connaissances de base

Paramètres de mesures de la pollution

Processus biologiques de conversion des substrats

Conditions dynamiques imposées aux stations d’épuration (temps de pluie, variations de charges, les saisons)

2- Modélisation d’une filière boues activées dédiées au traitement de l’azote

Définitions

Approche générale : les bilans massiques

Cinétiques de conversion des substrats par les processus biologiques

Variables et Paramètres : significations et valeurs usuelles

Modèle de décantation

3- Méthodologies indispensables à l’utilisation d’un modèle

Interfaces logicielles disponibles sur le marché

Protocoles de fractionnement de la matière organique des eaux résiduaires

Protocoles itératifs de calage des paramètres

Domaine de validité et mises en garde

Deux exemples d’utilisation

Liens et références :

Henze, M., Grady, C.P.L.J., Gujer, W., Marais, G.R. and Matsuo, T., Eds. (2000). Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2D and ASM3. Scientific and Technical Report (IWA Publishing). Padstow, Cornwall (UK).

Gernaey, K., van Loosdrecht, M., Henze, M., Lind, M. and Jorgensen, B. (2004). "Activated sludge wastewater plant modelling and simulation: state of the art." Environmental Modelling and Software 19: 763-783.

Sin, G., Van Hulle, S., de Pauw, D., van Griensven, A. and Vanrolleghem, P. (2005). "A critical comparison of systematic calibration protocols for activated sludge models: A SWOT analysis." Water Research 39(12): 2459-2474.

Documents Techniques FNDAE: http://www.eau.fndae.fr/

7. Nouvelles technologies (BRM, Biofiltres) : Conférencier à trouver (3 h) (15 déc. 2005)

8 : Transfert d’oxygène en stations d’épuration : Sylvie Gillo,t Cemagref-HBAN, Parc de Tourvoie, BP 44, F-92 163 Antony cedex ; Tel 01 40 96 60 66. sylvie.gillot@cemagref.fr

(3 h) (5 janv. 2006)

TD

1 : Visite de la station d’épuration de Noisy le Grand: J. Krier (3 h) (25 nov. 2005)

2 : Décantation : D. Thévenot(3 h) (2 déc. 2005)

3 : Dimensionnement boues activées : Jean-Michel Helmer, Cemagref-HBAN, Parc de Tourvoie, BP 44, F-92 163 Antony cedex ; Tel 01 40 96 61 21. jean-michel.helmer@cemagref.fr

(6 h) (9 et 16 dec. 2005)

1- Introduction

Flux et hydraulique en entrée de STEP

2- Mécanismes biologiques du traitement de l'azote : assimilation, ammonification-nitrification-dénitrification

3- Elimination de l'azote par les boues activées

Eléments de conception : maximisation de la dénitrification (Arrivée de l'eau brute, brassage),

optimisation de la nitrification (couplage des fonctions d'aération et de brassage, modulation de la puissance d'aération), rôle de la recirculation et du soutirage des boues

Exemple de dimensionnement : Charges organiques et hydrauliques à prendre en compte ; Exigences minimales du rejet ; commentaires ; Calcul du volume du bassin d’aération ; Evaluation de la quantité journalière d'azote à nitrifier ; Evaluation de la demande en oxygène ; Puissance d’aération à installer ; Evaluation de la quantité journalière d'azote à dénitrifier

Gestion technique du traitement de l’azote : Objectifs ; Production de bactéries nitrifiantes / recirculation ; Durées minimales de nitrification ; Relations N sortie vs aération

Fiabilisation du traitement : Maîtrise automatisée de la masse de boues ; Mesure de la qualité de l'eau épurée ; quelques commentaires pour les boues activées à bassin d'anoxie en tête

4 : Modélisation dynamique boues activées : Sylvie Gillot, Cemagref-HBAN, Parc de Tourvoie, BP 44, F-92 163 Antony cedex ; Tel 01 40 96 60 66. sylvie.gillot@cemagref.fr

(3 h) (13 janv. 2006)

Nombre de crédits : 3 ECTS Volume horaire : 21h cours, 9h TD ou visites.

Modalités de contrôle des connaissances : Examen final