La problématique principale de mon projet de thèse est de suivre l'élimination des matières azotées dans un projet pilote de traitement des eaux usées à l'Université Laval. Au sein de l'Université Laval, dans le pavillon Adrien-Poulliot, une station de micro-traitement des pollutions des eaux usées a été construite (Figure 3).
Acquisition des données
Contrairement à la nitrification, la dénitrification produit des ions OH, ce qui permet de compenser l'acidification par la nitrification et ainsi de maintenir un système neutre. Une partie des boues est renvoyée en tête des deux réacteurs afin de ne pas perdre trop de boues et ainsi stabiliser la concentration de ces dernières dans le réacteur.
Matériels et méthodes
Entretien et maintenance du pilote et des capteurs
La calibration est une étape très importante dans le bon fonctionnement des capteurs en terme de prise de mesures spécifiques à chaque capteur. Les différentes méthodes d'étalonnage sont expliquées dans les manuels et les SOP de chaque capteur.
Campagne d’échantillonnage
Déterminer l'efficacité d'élimination des matières azotées pendant 24 heures par temps sec sans et avec variations de température. Points d'échantillonnage pour la deuxième campagne de 24 heures et un suivi de deux semaines.
Modélisation sur WEST
Actuellement, même s’il a été élargi à plusieurs reprises pour ajouter de nouveaux procédés, il reste le plus utilisé au monde et attire toujours une attention particulière de la communauté scientifique (Ulf, 1996). Matrice d'équation du modèle de boues activées ASM1 (Henze et al., 1987) Les variables sont saisies par deux types de lettres, soit la lettre S (pour les solubles), soit la lettre X (pour les particules) complétée par un index avec une convention (Tableau 4) (Henze et al., 1987). Comme expliqué précédemment, une partie des boues du clarificateur est recirculée en haut de la chaîne de traitement secondaire afin de maintenir une teneur en boues suffisante pour traiter correctement l'effluent.
Le modèle défini par Takacs et al. 1991) est basé sur la vitesse de sédimentation représentée par l'équation. Basé sur la connaissance des deux modèles utilisés (ASM et char de déploiement secondaire) et le travail préliminaire de Yumeng Zao travaillant sur la partie hydraulique du pilote, la simulation de la campagne peut être réalisée. Les composantes « Input Standard » sont par définition les variables matricielles du modèle ASM1 (Figure 18). Les composants "Input Custom" sont une simplification de ces derniers dont le nombre est assez important.
Avec ces différentes composantes, la division de ces composantes par les variables d'entrée des équations précédentes (Figure 22) a été effectuée, étant donné que les variables de la matrice ne sont pas les valeurs mesurées lors de la campagne. L’étape de calibrage du modèle est la plus importante dans la modélisation du système.
AzEAUte
La première étape consistait à calibrer le taux de transfert d’oxygène dissous sous la variable kLa pour mesurer l’oxygène dissous (OD). La mesure de l'ammonium s'effectue selon le principe de mesure potentiométrique avec une électrode sensible au NH4+. Des réactifs sont ajoutés à l’échantillon et une réaction a lieu, donnant à l’eau une couleur rose.
Toute l'équipe, y compris les élèves, a été impliquée dans la détermination de l'emplacement et du choix des canalisations. Ainsi, les échantillons analysés au sein des modules ont été pré-filtrés en laboratoire à l'aide d'un système de filtration et d'un filtre de 0,45 μm (Figure 31). La deuxième expérimentation visait à suivre l'évolution de la nitrification lorsque l'aération des bassins aérés était arrêtée sur le pilote.
Ainsi, suivre l’évolution de la nitrification a été une expérience très enrichissante pour constater l’effet de l’arrêt de l’aération sur les bactéries nitrifiantes. Concernant la concentration en ammonium dans le D100, les valeurs sont extraites de l'amoliseur, un des capteurs est situé à cet endroit (Figure 34).
Gestion du pilote (Analyse de données, Maintenances, Astreinte)
Les mesures de teneur en ammonium ont été effectuées uniquement avec TresCon pour le pilote et le copilote. Dans ceux-ci, le nettoyage du conducteur et des capteurs n'est pas pris en compte, car il s'agit d'un travail effectué chaque semaine. En termes d'entretien, le remplacement d'une pompe (Figure 37) et son nettoyage ont été réalisés, dont la tâche était assez fastidieuse et très minutieuse.
Les risques de cette dernière étaient la mort de certaines bactéries, la réduction de la teneur en MES dans les réacteurs biologiques et le rejet de certaines MES avec les effluents. Pour éliminer ces risques avant le changement des pompes, l'utilisation d'une pompe de prélèvement a permis de renvoyer une certaine quantité de boues du décanteur vers les réacteurs biologiques. Enfin, le démontage et le nettoyage de la pompe ont été suivis de la préparation du SOP (Standard Operating Procedure).
Au cours de ce projet final, on m'a confié une période de gestion pilote. C'est durant cette période qu'une intervention a été réalisée durant le week-end par le redémarrage des pompes de la station de pompage en activité.
Résultats et discussions
Campagne d’échantillonnage
L'annexe 1 présente le suivi des matières en suspension (MES) le long de la station. L'oxygène sera consommé par les boues du réacteur 1 pour la décomposition de la DCO. L'annexe 10 présente les variations de la DCO totale pour la deuxième campagne de 24 heures et le suivi de deux semaines.
On observe que l'évolution de la température dans le pilote n'a aucun effet sur la teneur totale en DCO en sortie (Annexe 10). Evolution de l'azote total au cours de la campagne et suivi pendant deux semaines (Annexe 11). Ceci est assez similaire aux résultats obtenus lors de la première campagne de 24 heures (Annexe 11).
À court terme, la teneur en ammonium ne diffère pas avec l'effet de la variation de température pour le pilote et le copilote (Annexe 12). Les deux conclusions importantes sont une meilleure efficacité de dénitrification chez le pilote lors de la baisse d'oxygène dans la partie aérée que chez le copilote.
Modélisation sur WEST
En plus des fluctuations observées pour cette simulation, une comparaison entre les données simulées et expérimentales a été réalisée. Pour ce faire, les données de la première campagne du pilote ont été obtenues et agrégées avec les données simulées (Annexe 20). On observe, pour un premier essai de simulation dont l'objectif principal était d'avoir des tendances générales en termes d'aération et de teneur en biomasse, une certaine similarité entre les données simulées et expérimentales d'oxygène dissous et de concentration en MES (Annexe 20).
En revanche, les évolutions de NH4+ et NO3- ne suivent pas parfaitement les données expérimentales (Annexe 20).
AzEAUte
Lorsque la ventilation du pilote est arrêtée vers 11 heures, on constate une augmentation immédiate de la concentration en ammonium. En revanche, chez le copilote, où il n'y a eu aucun changement dans la ventilation, la concentration est restée faible tout au long de l'expérience. Sur la figure, la concentration en ammonium de certains échantillons de l'effluent D200 a été mesurée en laboratoire selon la méthode du tube HACH.
Par exemple, une teneur en ammonium de 10,2 mg/L avec TresCon a donné environ 30 mg/L avec la méthode HACH, similaire à la concentration d'ammonium dans l'influent (Figure 42). Même lorsque l'aération a été arrêtée, à J200, celle-ci était déjà très élevée en fin de première journée et donc la nitrification n'a plus eu lieu chez le pilote. De plus, le deuxième jour, après la reprise de l'aération, la teneur en D200 en sortie stagne autour de 30 mg/L NH4+.
Ainsi, ces deux interprétations suggèrent fortement que la teneur en ammonium était encore élevée à la fin du deuxième jour. En conclusion, l'expérience a montré que la nitrification s'évapore rapidement lorsque l'aération est arrêtée dans les réacteurs aérés.
Conclusion
Surveillance et modélisation du traitement des eaux usées dans une usine pilote avec des boues activées pour l'élimination de l'azote (rapport sur les pratiques d'ingénierie). Assainissement à l'azote dans les stations d'épuration biologiques des petites agglomérations (document technique), édité par le Cemagref. Ministère du Développement durable, de l'Environnement et de la Lutte contre le changement climatique [document WWW], s.d.
Optimisation du décanteur primaire : caractérisation des vitesses de chute et détermination des distributions granulométriques dans les eaux usées (Rapport pratique Master 2). URL http://www.wtw.com/fr/produits/classes-de-produits/analyser/analyser-tresconr/analyser-pour-ammonia.html?mobile=1 (consulté le 5.17.16). URL http://www.wtw.com/fr/produits/classes-de-produits/analyser/analyser-tresconr/analyseur-pour-nitrate.html?mobile=1 (consulté le 5.17.16).
URL http://www.wtw.com/fr/produits/classes-de-produits/analyser/analyser-tresconr/analyseur-pour-nitrite.html?mobile=1 (consulté le 5.17.16). URL http://www.wtw.com/fr/produits/classes-de-produits/analyser/analyseur-tresconr/systeme-danalyseur-tresconr.html (consulté à partir du 5.17.16). 62 ANNEXE 4. VARIATIONS DE L'AMMONIUM LORS DE LA 1ÈRE CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 63 ANNEXE 5. VARIATIONS DES NITRATES LORS DE LA 1ÈRE CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 64 ANNEXE 6. VARIATIONS DU PH LORS DE LA 1ÈRE CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 65 ANNEXE 7. VARIATIONS DE L'OXYGÈNE DISSOUS PENDANT LA 1ÈRE CAMPAGNE DE PRÉLÈVEMENT... 66 ANNEXE 8. VARIATIONS DE TEMPÉRATURE PENDANT LA 1ÈRE CAMPAGNE DE PRÉLÈVEMENT... 67 ANNEXE 9. VARIATIONS DU MES PENDANT LA 2ÈME CAMPAGNE DE PRÉLÈVEMENT... 68 ANNEXE 10. VARIATIONS DE L'AZOTE TOTAL PENDANT LA 2ÈME CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 69 ANNEXE 11. VARIATIONS DE L'AZOTE TOTAL LORS DE LA 2ÈME CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE.
70 ANNEXE 12. ÉVOLUTION DE L'AMMONIUM PENDANT LA 2ÈME CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 71 ANNEXE 13. ÉVOLUTION DES NITRATES PENDANT LA 2ÈME CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 72 ANNEXE 14. ÉVOLUTION DU PH PENDANT LA 2ÈME CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 73 ANNEXE 15. CHANGEMENTS DANS L'OXYGÈNE DISSOUS PENDANT LA 2ÈME CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 74 ANNEXE 16. CHANGEMENTS DE TEMPÉRATURE PENDANT LA 2ÈME CAMPAGNE D'ÉCHANTILLONNAGE... 76 ANNEXE 18. SIMULATION DE LA TENEUR EN AMMONIUM ET NITRATE PENDANT 10 JOURS... 78 ANNEXE 20. COMPARAISON ENTRE SIMULÉ ET EXPÉRIMENTAL DONNÉES A) VIANDE B) DISSOLUTION DE O2 C) AMMONIUM D).
