[PDF] Mémoire de maîtrise microtamis à utiliser pour la coagulation-

(polymèreifi cationique)ifiaifi entrainéifi uneifi augmentationifi desifi MESifi auifi tamisatifi parifi rapportifi auxifi

des disques du filtreificeifi quiifi résulteifi enifi uneifiaugmentationifi duifi colmatageifidesifiMT.ifi Desifi étudesifi

Enifi conclusion,ifi leifi microtamisageifi d'unifieffluentifi floculéifi(polymèreifi cationique)ifiparifi unififiltreifi àifi

ABSTRACTifi

The Moving Bed Biofilmifi Reactorifi(MBBR)ifiisifiaifi compactifi biologicalifi processifiusedifi toifiremoveifi

requireifi recirculationifi ofifi sludge.ifi However,ificlarificationifi ofifi theifi MBBRifi effluentifi remainsifi

200ifimgifiTSS/L).ifi

3) and / or cationic polymerifiofifihighifi

Testsifi wereifi carriedifi outifi onifi wastewaterifisamplesifi takenifi atifi theifitreatmentifi plantifi ofifiTerrebonneifi /ifi

Mascouche,ifi andifidividedifi intoifitwoifisteps:ifi laboratoryifi andifi pilotifi testing.ifi Theifi laboratoryifi testsifi

BOD5-C,ifiTSS,ifiVSS,ifiTP,ifio-PO4 andifipH.ifiTheifipilotifitestsifiwereifitoifiachieveificoagulation-flocculationifi

theifi meshifi sizeifi ofifimicroscreenifi40ifi andifi 80ifiµmifi (whichifi wereifi selectedifi fromifilaboratoryifi tests)ifitoifi

filterifi Hydrotech),ifiallowedifitoifiobtainifiTSSifiremovalifiandifiunderflowifiTSSifi concentrationsifiof,ifi

respectively,ifi54M;ifi48ifi mgifiTSS/Lifiandifi33M;ifi74ifimgifiTSSifi/L.ifiHowever,ifimicroscreeningifiofifitheifi

Theifimicroscreeningifiwithifimeshifisizeifiofifimicroscreenifi40ifiandifi80ifiµmifiofificoagulatedifi(withifiFeCl3) and

couldifibeifiimprovedifibyifiusingifiotherificombinationsifieg:ifialumifi+ificationicifipolymerifiorifiFeCl3 +ifianionicifi

andifimeshifi sizeifi ofifimicroscreenifi40ifi andifi 80ifiµmifiallowedifi toifiachieveifi anifi averageifieffluentifi TSSifi

TABLE DES MATIÈRESifi

ABSTRACT .....................................................................................................................ifiVIII

TABLE DES MATIÈRESifi.............................................................................................................ifiX

LISTE DES TABLEAUXifi..........................................................................................................ifiXIV

LISTE DES FIGURESifi...............................................................................................................ifiXVI

LISTE DES SIGLES ET ACRONYMESifi...................................................................................ifiXX

LISTE DES ANNEXESifi..........................................................................................................ifiXXIII

CHAPITRE 1 INTRODUCTIONifi...........................................................................................ifiXXIII

1.1 Mise en contexteifi....................................................................................................................ifi1

1.2 Hypothèse scientifique originale et objectifs du projetifi.........................................................ifi3

1.2.1 Objectif généralifi............................................................................................................ifi3

1.2.2 Hypothèse scientifique originaleifi..................................................................................ifi3

1.2.3 Objectifs spécifiquesifi....................................................................................................ifi3

1.3 Organisation du mémoireifi......................................................................................................ifi4

CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATUREifi..................................................................................ifi5

2.1 Objectifs du traitement des eaux usées..................................................................................ifi5

2.2 Traitement par bioréacteur à lit mobileifi.................................................................................ifi6

2.3 Clarification des effluents de MBBRifi....................................................................................ifi8

2.3.1 Coagulation ou floculationifi+ifidécantationifi.......................................................................ifi8

2.3.2 Coagulation + floculation + flottationifi..........................................................................ifi9

2.3.3 Filtration sur un filtre multicouche avec ou sans polymèreifi.......................................ifi10

2.3.4 Floculation et microtamisageifi.....................................................................................ifi10

2.4 Coagulationifi..........................................................................................................................ifi11

2.4.1 Compression de la double coucheifi..............................................................................ifi12

2.4.2 Adsorption et neutralisation des chargesifi....................................................................ifi12

2.4.3 Emprisonnement des particules dans un précipitéifi.....................................................ifi12

2.4.4 Adsorption et pontageifi................................................................................................ifi12

2.4.5 Principaux coagulant utilisésifi......................................................................................ifi13

2.5 Floculationifi...........................................................................................................................ifi13

2.5.1 Floculation péricinétiqueifi............................................................................................ifi14

2.5.2 Floculation orthocinétiqueifi..........................................................................................ifi14

2.5.3 Polymères utilisésifi.......................................................................................................ifi15

2.6 Facteurs influençant la coagulation et floculationifi...............................................................ifi16

2.7 Réduction de la production de bouesifi...................................................................................ifi16

2.8 Microtamisageifi.....................................................................................................................ifi17

2.8.1 Principe de fonctionnement du filtre à disques Hydrotechifi........................................ifi20

2.8.2 Pression différentielleifi.................................................................................................ifi21

2.8.3 Charge hydraulique superficielle................................................................................ifi22

2.8.4 Pourcentage de lavageifi................................................................................................ifi22

2.8.5 Indice de filtrabilitéifi....................................................................................................ifi22

CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIEifi...............................................................................................ifi25

3.1 Eaux uséesifi...........................................................................................................................ifi25

3.2 Essais de laboratoireifi............................................................................................................ifi25

3.2.1 Matérielifi......................................................................................................................ifi25

3.2.2 Coagulant....................................................................................................................ifi27

3.2.3 Polymèreifi.....................................................................................................................ifi27

3.2.4 Microtamisage sans ajout de produits chimiquesifi.......................................................ifi28

3.2.5 Coagulation-floculationifietifimicrotamisageifi.................................................................ifi29

3.2.6 Protocole opératoireifi...................................................................................................ifi33

3.2.7 Échantillonnages et analysesifi......................................................................................ifi34

3.3 Essais pilotesifi........................................................................................................................ifi36

3.3.1 Matériel et méthodeifi....................................................................................................ifi36

3.3.2 Coagulant et polymèreifi:ifi.............................................................................................ifi37

3.3.3 Protocole opératoireifi...................................................................................................ifi37

3.3.4 Déroulement des essais et échantillonnageifi................................................................ifi40

3.3.5 Méthodes analytiquesifi.................................................................................................ifi41

3.4 Validation des résultatsifi........................................................................................................ifi41

3.4.1 Bilan de masseifi............................................................................................................ifi41

3.5 Efficacité du procédé de microtamisageifi..............................................................................ifi45

CHAPITRE 4 RÉSULTATSifi.........................................................................................................ifi46

4.1 Essais de laboratoireifi............................................................................................................ifi46

4.1.1 Phase 1 (dose de polymère variableifietifidoseifideificoagulantificonstante)ifi........................ifi46

4.1.2 Phase 2 (dose de coagulant variable et dose de polymère constante)ifi........................ifi50

4.1.3 Phase 3 (validation par bilans de masse)ifi....................................................................ifi55

4.2 Essais pilotesifi........................................................................................................................ifi59

4.2.1 Microtamisage sans ajout de produits chimiques (MT 40 et 80 µm)ifi.........................ifi59

4.2.2 Microtamisage avec ajoutifideifiproduitsifichimiquesifi(MTifi40ifietifi80ifiµm)ifi........................ifi60

4.2.3 Distribution de la taille des particulesifi........................................................................ifi73

4.3 Synthèse des résultatsifi..........................................................................................................ifi74

4.4 Validation des résultatsifi........................................................................................................ifi76

4.5 Production de boues et capacité hydraulique du filtre à disqueifi...........................................ifi82

5.1 Microtamisage sans ajout de produits chimiques (MT 40 et 80 µm)ifi..................................ifi84

5.2 Microtamisage avec ajout de produits chimiques (MT 40 et 80 µm)ifi..................................ifi85

5.2.1 Ajout de polymèreifi.........................................................................................................ifi85

5.2.2 Ajout de coagulant et de polymèreifi................................................................................ifi86

5.3 Efficacité du filtre à disquesifi................................................................................................ifi88

5.4 Empreinte carboneifi...............................................................................................................ifi89

LISTE DES TABLEAUXifi

Tableau 2-1:ifiObjectifsifidesifidifférentsifiniveauxifideifitraitementifidesifieauxifiuséesifi(adaptéifideifiM&E,ifi

Tableau 2-2ifi:ifiSommaireifidesifiprocédésifideificlarificationifidesifieffluentsifideifiMBBRifi..............................ifi8

Tableau 3-1ifi:ifiRésuméifidesificonditionsifiexpérimentalesifidesifiessaisifiauifilaboratoireifi............................ifi34

Tableau 3-2ifi:ifiRépartitionifidesifiéchantillonnagesifidurantifilesifiessaisifideifilaboratoireifi...........................ifi35

Tableau 3-4ifi:ifiIntervalleifidesifidosesifiutiliséesifidurantifilesifiessaisifipilotesifi.............................................ifi39

Tableau 3-5ifi .......................ifi41

Tableau 4-1:ifi Résultatsifi desifi essaisifi deifi laboratoireifi etifi desifi essaisifi pilotesifi (sansifi ajoutifi deifi produitsifi

Tableau ifi4-2ifi:ifiRésultatsifidesifiessaisifideifilaboratoireifiavecifilesifiMTifi40,ifi80ifietifi160ifiµmifi(avecifiajoutifideifi

Tableau 4-3ifi:ifi Résultatsifi desifi essaisifi pilotesifi avecifi lesifi MTifi 40,ifi 80ifi µmifi (avecifi ajoutifi deifi produitsifi

Tableauifiifi4-4ifi

Tableau ifi4-5ifi

Tableau 4-6ifi:ifiParamètresifi ...............................................................ifi83

Tableau ifi5-1ifi

typiques (c.f. BioWin) et de celles du MBBRifi........................................................................ifi88

LISTE DES FIGURESifi

Figure 1-1:ifiModèleifideifilaifidoubleifiexponentielleifipourifidéterminerifilaifivitesseifideifidécantationifiifi............ifi2

Figure 2-1ifi:ifiSupportsifiAnoxifiKaldnesifiK3ifi..........................................................................................ifi7

Figure 2-2ifi:ifiGrilleifideifirétentionifidesifisupportsifi....................................................................................ifi7

Figure 2-3ifi: Type de bioréacteur MBBRifi.........................................................................................ifi7

Figure 2- ..................ifi9

Figure 2-5ifi:ifiSchémaifiduifiprocédéifideificoagulationifi-ififloculationifietififlottationifi......................................ifi9

Figure 2-7ifi:ifiSchémaifiduifiprocédéifideififloculationifietifimicrotamisageifi.................................................ifi10

Figure 2-9ifi:ifiPrincipeifideifilaififloculationifi............................................................................................ifi13

Figure 2-10ifi:ifiTypesifideifipolymèresifiutilisésifienififloculationifi..............................................................ifi15

Figure 2-11ifi:ifiTailleifidesifiparticulesifietifiprocédéifiutiliséifi......................................................................ifi17

Figure 2-12ifi:ifiEfficacitéifideifiséparationifidesifiparticulesifienififonctionifideifilaifitailleifidesifiparticulesifi(filtreifiàifi

Figure 2-13ifi:ifiMicrotamisifiproduitsifiparifiHydrotech..........................................................................ifi19

Figure 2-14ifi:ifiSchémaifiduifiprocédéifideificlarificationifiparifiunififiltreifiàifidisquesifi......................................ifi19

Figure 2-15ifi:ifiSchémaifiduifitambourifiavecifiunifidisqueifi.........................................................................ifi20

Figure 2-16ifi:ifiPrincipeifideififonctionnementifiduififiltreifiàifidisquesifihydrotechifi.......................................ifi21

Figure 2-17ifi:ifiPressionifidifférentielleifidansifiunififiltreifiàifidisquesifi.........................................................ifi21

Figure 2-18ifi ..........................ifi23

Figure 2-19ifi:ifiCrevaisonifiduifimicrotamisifi..........................................................................................ifi24

Figure 2-20ifi:ifiDélaiifideififiltrationifi......................................................................................................ifi24

Figure 3-1ifi:ifiSchémaifideifilaififilièreifideifitraitementifideifilaifiSTEPifideifiTerrebonne/Mascoucheifi................ifi25

Figure 3-2ifi:ifiBécherifideifi2ifilitresifiavecifivalveifipourifilesifiessaisifideifiJarifitestifimodifiéifi(phaseifi3)ifi................ifi26

Figureifi3-3ifi

Figure 3-4ifi:ifiCoupelleifimodifiéeifi......................................................................................................ifi28

Figure 3-6ifi ...................ifi30

Figure 3-7ifi:ifiProcédureifimodifiéeifideifiJarifitestifietifimicrotamisageifi(phaseifi3)ifi.......................................ifi33

Figure 3-8ifi:ifiIdentificationifidesifiéchantillonsifidurantifilesifiessaisifiauifilaboratoireifi..................................ifi35

Figure 3-9ifi:ifi Emplacementifi duifi piloteifi parifi rapportifi àifi laifi filièreifi deifi traitementifi deifi laifi STEPifi deifi

Figure 3-11ifi:ifiSchémaifidétailléifiduifiprocédéifideifimicrotamisageifiimplémentéifiàifilaifiSTEPifideifiTerrebonneifi

Figure 3-12ifi:ifiDisqueifiavecifimicrotamisifi(Hydrotech)ifi.......................................................................ifi38

Figure 3-13ifi:ifiSchémaifiduifibilanifideifimasseifiautourifiduifimicrotamisifideifilaboratoireifi..............................ifi43

Figure 3-14ifi:ifiSchémaififonctionnelifiduifiprocédéifienifimodeifimicrotamisageifistatique..ifi.........................ifi48ifi

Figure 4-2ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifi(coag.ifi=ifi1ifimgifiFe/L;ifiMTifi20ifiµm)ifisurifilaifiTDCOifi(EFFifiC,Fifi

Figure 4-3ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifi(coag.ifi=ifi1ifimgifiFe/L;ifiMTifi40,ifi80ifiouifi160ifiµm)ifisurifilesifi

Figure 4-4ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifi(coag.ifi=ifi1ifimgifiFe/L;ifiMTifi40,ifi80ifiouifi160ifiµm)ifisurifilaifi

Figure 4-5ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifi(coag.ifi=ifi1ifimgifiFe/L;ifiMTifi40,ifi80ifiouifi160ifiµm)ifisurifilaifi

Figure 4-7ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilaifiTDCOifi(polym.ifi=ifi3ifimg/L;MTifi40,ifi160ifiµmifietifi

Figure 4-8ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilaifiCSDCOifi(polym.ifi=ifi3ifimg/L;MTifi40ifiµm)ifi............ifi53

Figure 4-9ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilaifiCSDCOifi(a)ifipolym.ifi=ifi3ifimg/L;MTifi40ifietifi(b)ifi

Figure 4-10ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifileifiTPifi(polym.ifi=ifi3ifimg/L;ifiMTifi40ifiµmifietifipolym.ifi=ifi2ifi

Figure 4-11ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilesifio-PO4ifietifiXPifi((a)ifipolym.ifi=ifi3ifimg/L;ifiMTifi40ifietifi

Figure 4-12ifi .................ifi56

Figure 4-13ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilesifiMESifi(poly.ifi=ifi4ifimg/L;MTifi40ifiµm)ifi.................ifi57

Figure 4-14ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilesifiMESifi(poly.ifi=ifi4ifimg/L;MTifi80ifiµm)ifi.................ifi57

Figure 4-15ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilesifiMESifi(poly.ifi=ifi4ifimg/L;MTifi80ifiµm)ifi.................ifi58

Figure 4-18ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilesifiMESifi(MTifi40ifiµm)...........................................ifi61

Figure 4-19ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifi(polym.ifi=ifi4ifimg/Lifi(a)ifietifi3ifimg/Lifi(b))ifisurifilesifiMESifi(MTifi

Figure 4-20ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifi(polym.ifi=ifi5ifimg/Lifi(a)ifietifi7ifimg/Lifi(b))ifisurifilesifiMESifi(MTifi

Figure 4-21ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilaifiTDCOifiMTifi40ifiµmifi............................................ifi63

Figure 4-22ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilaifiXDCOifi(a)ifietifilaifiSDCOifi(b)ifi(MTifi40ifiµm)ifi..........ifi64

Figure 4-23ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilaifiDBO5-Cifi(MTifi40ifiµm)ifi.......................................ifi64

Figure 4-24ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifi(polym.ifi=ifi4ifimg/L)ifisurifilaifiDBO5-Cifi(MTifi40ifiµm)ifi.......ifi65

Figure 4-26ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilesifio-PO4(a) et XP(b) avecifileifiMTifi40ifiµmifi............ifi67

Figure 4-27ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilesifiMESifi(Chsifi=ifi5ifim/hifi(a)ifietifiChsifi=ifi7ifim/hifi(b);ifiMTifi

Figure 4-28ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifi(mgifipolym./gifiMESifiAFF)ifisurifilesifiMESifi(MTifi80ifiµm)ifi.ifi68

Figure 4-30ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilaifiTDCOifi(MTifi80ifiµm)ifi.........................................ifi70

Figure 4-31ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilaifiXDCOifi(a)ifiSDCOifi(b)ifi(MTifi80ifiµm)ifi..................ifi70

Figure 4-32ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifiTPifi(MTifi80ifiµm)ifi....................................................ifi71

Figure 4-33ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideifipolymèreifisurifiXP(a)ifietifio-PO4(b)ifi(MTifi80ifiµm)ifi...........................ifi71

Figure 4-34ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifilesifio-PO4ifi(polym.ifi=ifi2ifietifi3ifimg/L;ifi80ifiµm)ifi...........ifi72

Figure 4-35ifi:ifiEffetifideifilaifidoseifideificoagulantifisurifiTPifietifiXPifi(polym.ifi=ifi2ifietifi3ifimg/L;ifiMTifi80ifiµm)ifi.....ifi72

Figure 4--11-2012ifi(AFF,ifiEFFF et

Figure 4--10-2012ifi(AFF,ifiEFFF etifi

Figure 4-38ifi:ifiSchémaifiduififonctionnementifiduififiltreifiàifidisquesifipendantifileifilavageifi............................ifi78

Figure 4-39ifi

Figure 4-41ifi .................ifi80

Figure 5-1ifi

la littérature)ifi...........................................................................................................................ifi84

Figure 5-2ifi:ifiEffetifilaifidoseifideifipolymèreifisurifilesifiMESifipourifilesifiMTifi40ifietifi80ifiµmifi(comparaisonifiavecifi

LISTE DES SIGLES ET ACRONYMESifi

La liste des sigles et acronymesifi

AFFifiifiAffluentifi

BAifiifiBouesifiactivéesifi

Coag.ifiifiCoagulantifi(mgifiFe/L)ifi

EFFifiifiEffluentifi

EFFC,F ifiEffluentificoaguléifietififloculéifi(avecifileificoagulantifietifileifipolymère)ifi

FAFFifi ifiF(g MES/essai)ifi

FeifiifiFerifi

FeCl3 ifiChlorureififerriqueifi

MDDEFPifiifila faune et des parcsifi

MTifiifiMicrotamisifi(µm)ifi

NH4ifiifiAzote ammoniacal ifi

QLAVifiifi de lavageifi(L/min)ifi

RETifiifiRétentatifi

STEPifiifi

TAMifiifiTamisatifi

VAFF ifi3/essai)ifi

VLAV ifi3/essai)ifi

LISTE DES ANNEXESifi

ANNEXE 1ifi-ifiMesureifideifilaifiDCOifisolubleifi(SDCO)ifiouififloculéeifi filtréeifi.......................................ifi95ifi

ANNEXE 3 -ifiEssaisifipilotes........................................................................................................ifi.102

ANNEXE 4 -ifiAnalyseifistatistiqueifi...............................................................................................ifi.111

ANNEXE 5 -ifiPhotosifiduifipiloteifi(filtreifiAifidisquesifi HYDROTECH)ifi..........................................ifi.114

ANNEXE 6 -ifiCompilationifidesificonditionsifiexpérimentalesifidesifiessaisifipilotesifi..........................ifi...116

CHAPITRE 1 INTRODUCTIONifi

1.1ifiMiseifienificontexteifiifi

parcs).ifiParmiifi lesifi polluantsifi àifi contrôlerifiseifi retrouventifi lesifimatièresifi enifi suspensionifi (MES),ifilaifi

demandeifibiochimiqueifienifioxygèneifi(DBO5-C),ifil'azoteifiammoniacalifi(NH4) et le phosphore totalifi

fraction des boues produites.ifiCeifiprocédéifipermetifideifiréduireifilaifiDBO5-C,ifid'effectuerifilaifinitrification,ifi