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Dans cette série de réactions chimiques, plusieurs équations doivent être prises en compte. Tout d\'abord, pour la transformation de l\'ammonium en nitrate, il est nécessaire de fournir 2 moles de bicarbonate pour chaque mole d\'ammonium. Cela entraîne une consommation de 8.5 mg/L de bicarbonate pou...

Dans cette série de réactions chimiques, plusieurs équations doivent être prises en compte. Tout d\'abord, pour la transformation de l\'ammonium en nitrate, il est nécessaire de fournir 2 moles de bicarbonate pour chaque mole d\'ammonium. Cela entraîne une consommation de 8.5 mg/L de bicarbonate pour chaque mg de N-NH4+ transformé.\ \ Ensuite, lors de l\'ajout de coagulants acides, la forme prédominante est le HPO4\^2-. Ainsi, la transformation de 1 mg de phosphore inorganique total (PIL) consomme 1.83 mg/L de bicarbonate En ce qui concerne la dénitrification, les bactéries dénitrifiantes (par exemple Pseudomonas) dégradent les nitrates en azote. Pour chaque mole de nitrate transformée en azote élémentaire, 1 mole de H+ est consommée. Cela équivaut à une consommation de 4.3 mg de bicarbonate pour chaque mg de N-NO3- transformé.\ \ Il est également important de noter que la formation d\'hydroxydes métalliques, tels que le fer, entraîne une consommation supplémentaire de capacité acide, avec une consommation de 3 mg/L de bicarbonate par mg/L de fer.\ \ En résumé, les réactions chimiques impliquées dans ces processus de traitement de l\'eau nécessitent une consommation de bicarbonate pour chaque transformation et formation de produits chimiques. 27 Un déficit de capacité acide dans une station d\'épuration peut avoir plusieurs conséquences néfastes. Tout d\'abord, cela peut entraîner une diminution, voire une inhibition de la nitrification, processus essentiel pour l\'élimination des nitrates dans les eaux usées. De plus, cela peut provoquer une acidification des eaux réceptrices, ce qui peut nuire à la biodiversité des cours d\'eau et des lacs. Un autre problème lié au déficit de capacité acide est la perte de boues lors de fortes précipitations, en raison de la structure défavorable des boues. De plus, cela peut entraîner une corrosion importante du béton dans les bassins d\'aération de la station d\'épuration. Pour corriger ces problèmes, il est courant de doser des produits alcalins pour rétablir l\'équilibre du pH dans la station d\'épuration. 28 Dans le traitement des eaux usées, la correction du pH peut être réalisée en utilisant des réactifs alcalins tels que la chaux, la soude, le carbonate de sodium et le bicarbonate de sodium. Le choix du réactif dépend de plusieurs facteurs tels que l\'efficacité, le coût, les effets secondaires et les caractéristiques de l\'eau à traiter. La chaux peut réagir avec les phosphates donc aussi un précipitant de phosphate et influence la consommation du précipitant. Les carbonates de sodium et de calcium sont également utilisés pour corriger le pH. Il est important de prendre en compte la consommation du réactif, son impact sur la consommation de précipitants et son influence sur les phosphates. L\'ajout de réactifs alcalins permet de neutraliser l\'acidité présente dans les eaux usées, en prenant également en compte la présence de bicarbonates. Différentes formes de réactifs alcalins sont disponibles, telles que la poudre de chaux ou le lait de chaux, pour assurer une liaison adéquate. 29 La section 5.1 du document propose une méthodologie pour détecter et résoudre les problèmes liés au traitement physico-chimique et au dosage des réactifs. Voici les étapes clés de la méthodologie :\ \ 1. Vérifier le bon fonctionnement de la pompe doseuse. Si non Vérifier le fonctionnement du moteur, des capteurs et de la canne d\'injection. 2\. Vérifier si la qualité de l\'effluent a varié. Si oui Vérifier les conditions de pH, de turbidité et éventuellement de température.\ Adapter les paramètres de dosage aux nouvelles conditions. 3\. Vérifier si les conditions de préparation du réactif sont conformes aux recommandations du fournisseur. Si non Vérifier les conditions de stockage et de durée de stockage du réactif.\ Vérifier les conditions de préparation des dilutions.\ Vérifier la précision de la concentration du réactif à injecter. 4\. Vérifier si la mise en œuvre du réactif est correcte. Si non Vérifier l\'homogénéité du mélange dans le bassin ou le réacteur.\ Vérifier si les vitesses de réaction correspondent aux réactifs utilisés 5\. Vérifier si le réactif utilisé est adapté à l\'effluent. Si non\ Effectuer des tests de conditionnement, tels que des jar-tests, en comparant différents produits.\ \ Cette méthodologie permet de trouver les causes les plus fréquentes et les plus faciles à vérifier en cas de problème dans le traitement physico-chimique et le dosage des réactifs. Elle offre une approche systématique pour résoudre les problèmes et assurer un fonctionnement efficace du processus de traitement. 30 Dans le chapitre 5.1.1, il est mentionné que le déficit en capacité acide et les fluctuations de pH peuvent affecter la qualité de l\'effluent dans une station d\'épuration. Pour vérifier si ce problème se produit, il est recommandé de relever certains paramètres tels que le pH (moyennes journalières et variations horaires), la température, la concentration en azote total et en ammonium aux points pertinents de la STEP, ainsi que la concentration en oxygène dans les bassins. Si nécessaire, des mesures de TAC peuvent également être réalisées à l\'aide de kits de laboratoire.\ \ Dans le chapitre 5.1.2, il est souligné que les caractéristiques des eaux usées peuvent varier d\'une station d\'épuration à l\'autre et dans le temps. Pour choisir et appliquer correctement un produit chimique, il est important de prendre en compte le choix du réactif, la quantité appliquée et le rendement d\'épuration à atteindre. Un test en laboratoire appelé Jar-test peut être effectué avec des échantillons réels pour sélectionner les meilleurs réactifs et déterminer la quantité optimale. Il est recommandé de réaliser un Jar-test dans certains cas spécifiques. Une fois le réactif sélectionné et la concentration optimale déterminée, le dosage du produit doit également être ajusté en fonction du débit de la station d\'épuration. Il est recommandé d\'adapter le dosage des pompes doseuses dans certains cas spécifiques. Si aucun de ces cas ne se présente, il est recommandé d\'effectuer ces ajustements au moins une fois par an. 31 Les outils de suivi permettant de corréler la variation des paramètres de qualité de l\'eau et la demande en réactif sont utilisés dans le domaine de l\'épuration des eaux. Certains exploitants utilisent des courbes établies pour déterminer les doses de réactif nécessaires en fonction des mesures de turbidité. Sur les petites stations d\'épuration, où les analyseurs continus ne sont pas disponibles, l\'historique des mesures précédentes est également utilisé pour établir des corrélations. Le Jar-test est un test en laboratoire effectué pour comparer différents réactifs et dosages, en évaluant des paramètres tels que la taille et le volume des flocs formés, la clarté du surnageant et la vitesse de décantation. Les concentrations en réactif sont calculées en fonction de la concentration de la solution de réactif, la concentration en réactif à appliquer et les volumes utilisés lors du test. Les paramètres mesurés lors du Jar-test comprennent la turbidité, les MES, le pH, la teneur en éléments dissous métalliques, le phosphore, la DBO5 et la DCO. 32 Le résumé de la méthodologie pour évaluer la qualité des flocs dans l\'eau est le suivant :\ \ 1. Prélevez l\'eau à étudier dans un seau de 10 litres.\ 2. Complétez un tableau avec tous les paramètres relatifs à l\'eau.\ 3. Prélevez 1 litre d\'eau et placez-le dans des béchers.\ 4. Agitez rapidement les béchers à une vitesse de 150 tr/min.\ 5. Ajoutez des coagulants prédéfinis dans chaque bécher.\ 6. Maintenez une agitation rapide pendant 3 à 5 minutes. 7\. Ajoutez des réactifs basiques si nécessaire pour corriger le pH. 8\. Si nécessaire, en fin de période d'agitation, introduire la solution de floculant aux doses prédéfinies 9\. Réduisez la vitesse d\'agitation à 30 tr/min.\ 10. Maintenez une agitation lente pendant 15 à 17 minutes. 11\. Complétez le tableau avec les paramètres de chaque bécher. 12\. Assurez-vous que les vitesses d\'agitation sont identiques pour chaque bécher.\ 13. Assurez-vous que la durée d\'agitation est identique pour chaque bécher.\ 14. Assurez-vous que le temps de décantation est identique pour chaque bécher.\ 15. Variez un paramètre à la fois pour permettre une comparaison fiable.\ \ Cette méthodologie permet d\'évaluer la qualité des flocs formés dans l\'eau en contrôlant les différents paramètres. 33 Le brassage et les temps de séjour sont des paramètres importants dans une station d\'épuration. Pour évaluer ces paramètres, il est possible de vérifier les vitesses des hélices dans le cas du brassage mécanique. Cependant, cette approche est limitée car elle ne tient pas compte de l\'énergie réelle d\'agitation, qui dépend de la forme de l\'hélice et de la taille du bassin. Pour compléter ces informations, le calcul du gradient de vitesse peut être utilisé. Le gradient de vitesse est calculé en fonction de la puissance réellement dissipée par l\'agitateur, du volume utile de la zone mélangée, de la viscosité dynamique de l\'eau et d\'une constante dépendante de la température. Un tableau de constantes de température est fourni pour faciliter ce calcul. Ces informations sont spécifiques à l\'évaluation des paramètres de brassage dans une station d\'épuration et peuvent aider à optimiser les processus de coagulation et de floculation. 34 Dans cet exemple de calcul des gradients de vitesse dans une station d\'épuration, il est important de prendre en compte plusieurs facteurs. Tout d\'abord, la puissance installée et la température de l\'eau sont des paramètres clés à considérer. Ensuite, il est essentiel de réfléchir aux mesures correctives à entreprendre en évaluant les effets directs et indirects qu\'elles pourraient avoir. Par exemple, il est important de se demander si le réactif choisi affectera le pH de l\'eau et s\'il existe un pouvoir tampon suffisant pour le maintenir stable. De plus, il est crucial de comprendre le mode d\'action du réactif pour évaluer son impact sur les différents processus de traitement de l\'eau et des boues. Il est également important de trouver un équilibre entre la résolution du problème initial et la création de nouveaux problèmes. Enfin, il convient de prendre en compte les dosages nécessaires, les problèmes d\'exploitation potentiels et les coûts supplémentaires associés. Il est également recommandé d\'évaluer si les outils de suivi et de surveillance en place sont adéquats pour évaluer l\'efficacité des mesures correctives et détecter d\'éventuels effets secondaires indésirables. En prenant en compte tous ces aspects, il sera possible de prendre des décisions éclairées et d\'optimiser les processus de traitement de l\'eau dans la station d\'épuration. **CS5 Chapitre 2** 7 Les traitements avancés sont nécessaires pour réduire la dispersion de produits chimiques dans l\'environnement et minimiser les effets indésirables sur les écosystèmes aquatiques. Les micropolluants, présents dans l\'eau à de faibles concentrations, peuvent causer des dommages aux animaux aquatiques et à la biodiversité. Les traitements avancés visent à éliminer ces micropolluants, ainsi que d\'autres substances difficiles à dégrader, tels que les particules et les pathogènes. Ces traitements sont devenus une exigence réglementaire en Suisse et dans l\'Union européenne pour protéger la qualité de l\'eau. 8 La procédé d\'oxydation est une technique de traitement avancé utilisée pour éliminer les polluants de l\'eau. L\'oxydation est une réaction chimique dans laquelle une substance perd des électrons lorsqu\'elle est en contact avec un oxydant, comme l\'oxygène. Ce processus provoque des changements dans les propriétés de la substance. Dans le traitement biologique des stations d\'épuration, les bactéries utilisent l\'oxygène pour décomposer la matière organique en biomasse, en eau et en dioxyde de carbone. Cette réaction peut également convertir des molécules inorganiques toxiques en substances moins dangereuses. Pour les substances difficiles à dégrader, des oxydants plus puissants tels que l\'ozone ou le chlore peuvent être utilisés. L\'oxydation est également utilisée pour la désinfection de l\'eau, en utilisant des agents oxydants pour éliminer les microorganismes pathogènes. Le choix de l\'agent oxydant dépend du type de polluant, des conditions de traitement et des exigences spécifiques. L\'oxydation peut être utilisée seule ou en combinaison avec d\'autres procédés pour améliorer la qualité de l\'eau 9 L\'ozonation, l\'utilisation du chlore et le procédé Fenton sont des techniques d\'oxydation utilisées pour traiter l\'eau et éliminer les polluants. L\'ozonation utilise l\'ozone pour décomposer les polluants et désinfecter l\'eau. Le chlore est principalement utilisé pour la désinfection de l\'eau potable, mais il a un spectre d\'action limité. Le procédé Fenton utilise le peroxyde d\'hydrogène et le fer ferreux pour générer des radicaux hydroxyles qui décomposent les polluants organiques. Chaque technique a ses avantages et ses limites, et le choix dépendra des caractéristiques de l\'eau à traiter. 10 Le procédé Fenton est utilisé pour traiter les polluants organiques dans les eaux usées. Il est réactif et facile à mettre en œuvre, mais il peut générer des boues contenant des hydroxydes de fer qui nécessitent une gestion appropriée. De plus, il nécessite l\'utilisation de produits chimiques. Le procédé est adapté aux eaux usées huileuses mais moins adapté aux eaux communales. Après le traitement Fenton, il est nécessaire de neutraliser les résidus de fer.\ \ L\'adsorption est un autre procédé couramment utilisé dans les traitements avancés. Il consiste à piéger les substances toxiques en les fixant sur une surface solide. Le charbon actif et les résines échangeuses d\'ions sont les matériaux les plus utilisés pour l\'adsorption. Ils offrent une grande surface spécifique pour piéger les substances indésirables, mais nécessitent une régénération ou un remplacement régulier. Le charbon actif est efficace pour éliminer une large gamme de contaminants organiques, tandis que les résines échangeuses d\'ions sont utilisées pour éliminer des ions spécifiques tels que les métaux lourds. 11 La filtration est un processus clé utilisé dans les stations d\'épuration pour purifier les eaux usées. Elle permet de séparer les particules solides et les impuretés de l\'eau. Dans les traitements avancés, on utilise des filtres à sable et des filtres membranaires pour éliminer les particules plus fines, comme les micropolluants. Les filtres à sable utilisent des couches de sable et de gravier pour piéger les particules plus grosses, tandis que les filtres membranaires utilisent des membranes semi-perméables pour retenir les impuretés. On peut également utiliser la microfiltration, qui utilise des membranes spéciales pour retenir des particules plus grandes, comme les bactéries, les levures et les particules en suspension. La nanofiltration, quant à elle, utilise des membranes avec des pores encore plus petits pour retenir des ions et des molécules de faible poids moléculaire. Ces processus de filtration avancée permettent d\'améliorer la qualité de l\'eau traitée dans les stations d\'épuration. 12 L\'osmose inverse est un procédé de filtration avancé qui utilise des membranes avec des pores très fins pour ne laisser passer que les molécules d\'eau. Cela permet d\'éliminer efficacement les particules solides, les sels, les métaux lourds, les polluants chimiques, les bactéries et les virus de l\'eau, produisant ainsi de l\'eau pure avec très peu de sel.\ \ Le traitement par rayonnement ultraviolet (UV) est utilisé dans les stations d\'épuration pour désinfecter l\'eau traitée. Les rayons UV altèrent le matériel génétique des micro-organismes présents dans l\'eau, comme les bactéries, les virus et les parasites, les empêchant de se reproduire et les rendant inactifs. Cela réduit la présence de micro-organismes pathogènes dans l\'eau traitée, la rendant plus sûre pour être rejetée dans l\'environnement ou réutilisée.\ \ Cependant, le traitement par UV ne permet pas d\'éliminer les particules solides ou les produits chimiques dissous. Certains micropolluants peuvent être affectés, mais d\'autres, tels que les métaux lourds et les composés inorganiques, ne le sont généralement pas. Par conséquent, le traitement par UV est souvent combiné avec d\'autres procédés pour une purification complète de l\'eau.\ \ En Suisse romande, les stations d\'épuration sont en train de se conformer aux nouvelles normes de traitement des eaux usées, ce qui peut nécessiter l\'installation de traitements avancés pour éliminer les micropolluants. La Confédération suisse soutient ces infrastructures en offrant des indemnités financées par une taxe appliquée aux stations d\'épuration sans traitement des micropolluants. 13 En résumé, le traitement des micropolluants dans les stations d\'épuration suisses est réglementé par la Loi sur la protection des eaux et l\'Ordonnance sur la protection des eaux. Les stations d\'épuration doivent respecter les normes de qualité des eaux rejetées et utiliser les meilleures techniques disponibles pour préserver l\'environnement et optimiser l\'utilisation des ressources.\ \ Le financement de ces mesures est basé sur le principe du pollueur-payeur. Chaque ménage raccordé à une station d\'épuration doit payer une taxe 9 frs, qui est utilisée pour financer des subventions fédérales pouvant couvrir une partie des coûts d\'investissement des installations de traitement des micropolluants à hauteur de 75%.\ \ Certaines stations d\'épuration sont exemptées de cette taxe si elles ont commencé la construction des installations nécessaires avant une certaine date. D\'autres stations sont légalement tenues de traiter les micropolluants si elles répondent à certains critères, tels que le nombre d\'habitants raccordés ou la présence d\'eaux usées non épurées dans un cours d\'eau. - - - - - En plus des subventions fédérales, des subventions cantonales peuvent également être accordées pour soutenir le traitement des micropolluants. 14 Le suivi du rendement des composés traces organiques dans les rejets d\'eaux usées est essentiel pour garantir la qualité de l\'environnement. Les exigences réglementaires définissent les rendements d\'élimination à atteindre pour certains micropolluants inorganiques et organiques. Ces micropolluants, regroupés sous le terme de \"composés traces organiques\", ont été choisis car ils sont fréquents en Suisse, faciles à mesurer et représentatifs du comportement de la plupart des micropolluants.\ \ Ces composés sont classés en deux catégories, selon leur facilité d\'élimination. La catégorie 1 comprend les substances qui peuvent être éliminées très facilement, tandis que la catégorie 2 comprend celles qui peuvent être éliminées facilement. Catégorie 1 (substances pouvant être éliminées très facilement) : - - - - - - - - - - - - La norme actuelle exige que 80% des composés traces organiques soient traités. Pour vérifier la conformité des installations de traitement des eaux usées, le taux d\'épuration est calculé à partir de ces composés. Au moins six substances doivent être mesurées, avec au moins deux fois plus de substances de la catégorie 1 que de la catégorie 2. Si moins de six substances peuvent être mesurées, d\'autres substances peuvent être utilisées pour calculer le taux d\'épuration.\ \ Le taux d\'épuration est déterminé en comparant les concentrations des substances sélectionnées à l\'entrée et à la sortie de la station d\'épuration. Le rendement d\'élimination est calculé en utilisant la Formule Le taux d\'épuration global est ensuite obtenu en calculant la moyenne des pourcentages d\'élimination individuels. 15 La méthode d\'oxydation par ozonation est largement utilisée dans le traitement des eaux usées municipales. Elle consiste à utiliser de l\'ozone pour oxyder les polluants présents dans l\'eau. L\'ozone réagit directement avec les substances polluantes, les transformant en d\'autres molécules plus facilement dégradables et moins nocives pour l\'environnement. Il peut également réagir avec l\'eau pour former des radicaux hydroxyles qui contribuent à l\'oxydation des polluants. Les sous-produits d\'oxydation ainsi formés sont généralement plus biodégradables et moins toxiques que les substances d\'origine. Cependant, il est important de noter que certains sous-produits indésirables peuvent se former les bromates, les nitrosamnes et les chromates, nécessitant une évaluation de l\'aptitude de l\'eau à être traitée par ozonation. D\'autres méthodes d\'oxydation, comme la chloration et la réaction de Fenton, sont également disponibles. 16 L\'ozonation est un processus de traitement des eaux usées qui utilise de l\'ozone pour éliminer les polluants. L\'ozone réagit avec les polluants pour les transformer en sous-produits moins nocifs. Le rendement d\'élimination des polluants dépend de divers facteurs tels que le dosage de l\'ozone, la concentration de COD et les caractéristiques de l\'eau. En Suisse, la législation exige un rendement d\'élimination moyen supérieur à 80%. Des essais à grande échelle ont montré que l\'ozonation peut éliminer une grande diversité de micropolluants et réduire la toxicité des effluents d\'épuration. Cependant, il est important de suivre l\'ozonation d\'une étape de traitement supplémentaire pour éliminer les produits réactifs de l\'oxydation et éviter toute contamination des eaux superficielles. Il est également essentiel de contrôler la concentration d\'ozone pour éviter la formation de sous-produits dangereux. 17 Le texte fourni présente des informations sur l\'ozonation, un processus utilisé pour éliminer les polluants des eaux usées. Il mentionne différents composés tels que le diclofénac, le triméthoprime et l\'atrazine, qui peuvent être éliminés par ozonation. L\'ozonation nécessite des équipements spécifiques pour produire de l\'ozone à partir de l\'oxygène et l\'introduire dans les eaux usées. Le dosage d\'ozone doit être précis pour réagir efficacement avec les polluants sans causer de dommages à l\'environnement. L\'ozone est irritant pour l\'homme, ce qui nécessite des précautions lors de sa manipulation. L\'ozonation est généralement réalisée après le traitement biologique et la décantation secondaire pour éviter le gaspillage d\'ozone sur les nitrites. La production d\'ozone a un coût énergétique non négligeable. L\'oxygène est converti en ozone en utilisant un champ électrique élevé. 18 Le processus d\'ozonation est utilisé pour traiter les eaux usées en éliminant les polluants. L\'ozone, produit sur place à partir de l\'oxygène, est injecté dans les eaux usées pour réagir avec les micropolluants. Il est important de concevoir le réacteur d\'ozone de manière à éviter les fuites et les courts-circuits. En cas de dysfonctionnement, de l\'ozone peut être libéré dans l\'air ambiant, ce qui peut être irritant. Un destructeur d\'ozone thermo-catalytique est utilisé pour détruire l\'ozone résiduel avant de le rejeter dans l\'environnement. Des traitements complémentaires tels que la filtration sur sable et les filtres à charbon actif peuvent être utilisés pour éliminer les produits toxiques formés lors de l\'ozonation. L\'ozonation cible spécifiquement les micropolluants après un traitement biologique poussé nitrification tout le long de l'année. 19 Le réacteur d\'ozone est un élément clé dans le traitement de l\'eau. Il est généralement construit avec une profondeur d\'eau de 8 mètres et comporte 6 à 8 chambres. L\'ozone est dosé en deux étapes dans les chambres 1 et 3, et il est important d\'éviter les zones mortes dans le réacteur.\ \ Pour optimiser les flux, une simulation de flux peut être nécessaire. Un traitement complémentaire biologiquement actif est également utilisé pour consommer les sous-produits réactifs. Cela implique souvent l\'utilisation d\'un filtre à sable monocouche avec un temps de séjour de 15 minutes au débit moyen et 5 minutes au débit maximal.\ \ En ce qui concerne le dosage d\'ozone, il est crucial d\'éviter un excès pour des raisons financières, énergétiques et pour éviter la formation de sous-produits indésirables. **Une dose d\'environ 0,4 à 0,7 g d\'ozone par gramme de carbone organique dissous** est généralement utilisée pour atteindre une efficacité de traitement de 80%. De plus, **une dose de 3,4 g d\'ozone par litre de nitrite est ajoutée pour réagir avec les nitrites et former des nitrates**.\ \ Le temps de séjour dans le réacteur d\'ozonation est également important et doit être d\'au moins 13 minutes pour éviter les perturbations et l\'entraînement de bulles d\'ozone résiduelles hors du réacteur.\ \ Enfin, la dose d\'ozone injectée dans le système peut être calculée en fonction du débit de gaz, du débit d\'eau à traiter, de la concentration d\'ozone dans le gaz entrant et de la concentration d\'ozone dans le gaz sortant du réacteur. \ Avec : 𝑄𝑠 le débit de gaz \[L/min\] 𝑄l le débit d\'eau à traiter \[L/min\] 𝐶𝑔,𝑖𝑛 la concentration d\'ozone dans le gaz entrant dans le réacteur \[mg/L\] 𝐶𝑔,𝑜𝑢𝑡 la concentration d\'ozone dans le gaz sortant du réacteur \[mg/L\] L\'ozonation est un procédé économique, efficace et fiable pour le traitement de l\'eau, mais il est essentiel de définir l\'équilibre entre une dose suffisante pour atteindre une efficacité de traitement de 80% et éviter un dosage excessif.