logiciels de dimensionnement des procédés biologiques: Ondeor

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Le dimensionnement d’une station d’épuration peut être réalisé d’une manière globale en appliquant des ratios au prorata du nombre d’équivalents-habitants. Cette approche donnera une approximation grossière des volumes de bassins.

Cependant, pour un dimensionnement précis, tenant compte de la spécificité de la station et notamment de la qualité de l’eau à traiter, il est nécessaire d’utiliser des outils de dimensionnement appropriés.

SUEZ a développé à cet effet une série de logiciels internes (nommés Ondeor) pour le dimensionnement des stations à boues activées, de biofiltration et des bioréacteurs à membranes.

Les programmes de calcul utilisés dans ces logiciels reprennent les formulations de base (équations de Monod, influence de la température sur les cinétiques…), calées sur les résultats de suivis longue durée de stations en fonctionnement. Ceci est particulièrement vrai pour les rendements en décantation primaire, les cinétiques de nitrification et dénitrification, l’élimination biologique du phosphore, la production de boues et les besoins en oxygène.

Par ailleurs, les entrées nécessaires sont fondées sur la typologie de l’eau brute (voir typologie des eaux résiduaires). Cha­que composant de chaque paramètre définissant la pollution subit un traitement différent, notamment au niveau de la décantation primaire, de la consommation de carbone soluble pour la dénitrification et la déphosphatation biologique…

Ces logiciels permettent ainsi de dimensionner l’ensemble de la ligne eau en termes de surface de décan­tation primaire (physico-chimique ou non), de volumes de bassins (aération, anoxie, anaérobie…), de pro­duction de boue, de besoins en oxygène, de surface de clarification et de type de traitement tertiaire afin de tenir les objectifs de rejet et ceci, quelles que soient les technologies envisagées (boues activées dans ses différentes variantes, Biofiltres, Ultrafor, Cyclor, Météor,…)

En parallèle, la définition et le dimensionnement de la ligne boue permettent de quantifier les retours du traitement des boues. Ces retours, suivant leur origine et la configuration de la filière, sont injectés soit en tête de la décantation primaire, soit en tête du réacteur biologique. Là encore, les composants solubles et particulaires sont traités différemment : toute pollution soluble est considérée comme pollution additionnelle ; toute pollution particulaire est considérée comme inerte donc transitant vers le traitement des boues. Ces retours sont généralement de l’ordre de 2 % à 15 % de la pollution et du débit d’eau brute en fonction des procédés de traitement retenus.

Cette prise en compte des retours entraîne alors une augmentation plus ou moins significative du dimensionnement de la ligne eau et de la ligne boue.

Ci-après, plusieurs exemples de dimensionnement d’une même station de 10 000 m3 · j–1 selon différents scenarii : effluent plus ou moins concentré, prise en compte des retours de boues, présence ou non d’une décantation primaire.

Définition de la station :
Q = 10 000 m3 · j–1
Température = 12 °C
NT de sortie = 15 mg · L–1

Configuration à boues activées : Anoxie en tête – Aération – Clarification avec ou sans décantation pri­maire.

Comme on peut le voir sur cet exemple, le rapport DBO/N a une grosse influence sur le dimensionnement de la dénitrification :

  • dans le cas 1, la DBO de l’eau brute ne permet de dénitrifier que 2/3 de l’azote. Le complément sera déni­trifié selon une cinétique endogène, beaucoup plus faible d’où le volume très important du bassin anoxie ;
  • dans le cas 2, à concentration en NK égale, le fait d’avoir plus de DBO permet d’utiliser une cinétique exogène pour dénitrifier la totalité de l’azote. Les volumes d’anoxie (cas 1 moins 3 100 m3) et le taux de recirculation se voient alors nettement réduits. En revanche, la station traitant 1,6 fois plus de DBO, le volume d’aération augmente de 2 200 m3 ; de même, le phosphore absorbé par assimilation simple est nettement supérieur. Comme on peut le voir, l’augmentation des besoins en oxygène n’est pas stricte­ment proportionnelle à l’augmentation de la charge en DBO5. En effet, l’augmentation des besoins pour l’élimination du carbone est compensée par la réduction des besoins pour l’élimination de l’azote, du fait de la plus forte assimilation naturelle de l’azote, et de la baisse de biomasse contenue dans le bassin ;
  • le cas 3 tient compte des retours de boues d’une filière de traitement par épaississement, digestion et déshydratation. Cette prise en compte, notamment des composés solubles, entraîne une augmentation des volumes (surtout de l’anoxie) et du taux de recirculation (110 % au lieu de 70 %) ;
  • le cas 4 permet de comparer l’influence d’une décantation primaire sur la solution 3. Les volumes de bassin sont alors nettement réduits. La production de boues globales, incluant les boues primaires, est cependant supérieure et les retours de boues sont à leur tour augmentés.

Les outils de dimensionnement permettent ainsi au concepteur de tester plusieurs configurations afin d’optimiser le design, qui se traduit en terme de coût global de la station (voir traitement des eaux résiduaires urbaines).

Cependant, pour le dimensionnement de configurations complexes ou pour tenir compte de situations à fortes variations de pollution, l’utilisation d’outils de simulation devient absolument nécessaire (voir cultures libres (boues activées)).

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Tableau 9. Exemples de dimensionnements