Biotechnologie

Biotechnologie
Dépollution des eaux
Réf :
544 029
Français – p 1
Version : 4103
Réacteur biologique de traitement
des eaux
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
1 Introduction
Cet ensemble didactique est un modèle analogique de traitement des eaux
usées.
Ce dispositif pédagogique conçu comme un pilote de station d'épuration
permet de reproduire et de suivre les processus de dépollution d’une eau
résiduelle urbaine (simulée). Il permet d’aborder concrètement des processus
biologiques complexes, cycle du carbone et cycle de l'azote et de constater
une réduction des charges organiques de l'effluent.
Le système se compose d'une plateforme expérimentale innovante, laquelle
maintient le système de mesure, d'oxygénation et le circuit hydraulique.
Chaque bac possède son propre système de pompe, il n'y a pas d’intervention
direct sur l'effluent.
2 Principe
Le traitement s’effectue en trois phases successives :
• La séparation de l’eau des substrats solides (décantation primaire)
• La transformation de la matière organique en boues microbiennes
(digestion)
• La séparation des boues microbiennes et de l’eau épurée
(clarification)
FRANÇAIS
1
Biotechnollogie
Réacteur biologique de traitement des eaux
x
Réf :
544 029
3 Compos
C
sition
1
5
4
8
11
1
6
9
7
3
2
FRANÇAIS
100
2
1
Platefforme suppo rt
2
2 pied
ds support M
Modumontage
e®
3
Bac 1 - Décanteu
ur primaire
Ce ba
ac sert à la prréparation de
e l'effluent sa
ans déstabili ser le réacte
eur. L'ajout
d'efflu
uent est prog ressif et mes
suré grâce à la pompe grraduée. Ce bac
b
modélise la décan
ntation primaire d'une station lors de ll'ajout de sab
ble ou
e par exemp le.
d'huile
4
pe 1 d’alimen
ntation du réa
acteur biologique
Pomp
5
Bac 2 - Réacteur biologique
C'est le lieu de la d
dégradation de la matière organique par les micrrome, gérer la
organismes. Il fau t donc maîtriser l'écologie microbiennne du systèm
charge MO et l'oxyygénation.
2
Biotechnollogie
Réacteur biologique de traitement des eaux
x
Réf :
544 029
6
Pomp
pe 2 d’alimen
ntation du cla
arificateur
7
Bac 3 - Clarificate
eur
Ce de
ernier bac a p
pour objet de
e séparer les
s boues microobiennes de l'eau
traitée
e. Une partie
e des boues est
e réintroduite (recyclagge) dans le ré
éacteur et
l'autre
e partie est e
extraite pour subir
s
un éventuel traitem
ment spécifiqu
ue
(diges
stion, concen
ntration...).
8
pe 3 de recirrculation des boues
Pomp
9
ulent magnét ique d’agitation disposer sur une couupelle de verre
Turbu
(obliga
atoire)
Acce
essoires in
ndispensa
ables non fournis
10
0
11
1
Agitatteur magnétiq
que
Aérate
eur / bulleur
4 Montag
M
e
ensemble de
es éléments fournis.
f
Vu d’e
Sorties analogiques
a
FRANÇAIS
3
Biotechnollogie
Réacteur biologique de traitement des eaux
x
Réf :
544 029
e place du ssupport sur
Mise en
les 2 pieds
p
Modum
montage®
age des col liers (x3)
Monta
• Collier
d 23 mm
• Vis de
• Rondelle plate ∅
ail
• Rondelle éventa
ou de 6, une clé plate peu
ut être
• Ecro
néces
ssaire pour sserrer l’écrou
FRANÇAIS
4
Biotechnollogie
Réacteur biologique de traitement des eaux
x
Réf :
544 029
age des sup
pports coulissants (x3)
Monta
c
supp
port
Pour chaque
• 1 éq
querre munie
e de 3 trous ∅ 12mm
et 3 ∅ 6mm
• 2 vis
s de 18 mm
• 2 rondelles plate
es
crous à ailette
es
• 2 éc
4.1 Montage du sys
stème hy
ydrauliqu
ue
ux flexibles
Tuyau
Pré monté
m
équipé s de clapets anti-retour
Repérrer les longu eurs 2 courtts pour A et B et 1 long ppour C
Repérrer le sens d e circulation des fluides
FRANÇAIS
5
Biotechnollogie
Réacteur biologique de traitement des eaux
x
Réf :
544 029
FRANÇAIS
6
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
4.2 Position des tubes rigides
Bac 1 : la position du tube rigide en position médiane
Bac 2 : la position des tubes est peu importante
Bac 3 : clarificateur : récupère les boues déposées par sédimentation et les
renvoie dans le bac 2. Il faut donc le tube rigide de la pompe 3, situé le plus
bas possible
5 Mise en service
Le bac 1 permet la préparation des mélanges simulant les eaux usées.
L’introduction des microorganismes s’effectue en bac 2, volume maxi
préconiser 1,8 L. Le bac 2 est sous agitation et aération (suivant le type de
microorganismes).
Le bac 3 permet de faire décanter les boues sortant du bac 2, la pompe 3 est
une pompe de recirculation permettant de renvoyer les boues vers le bac 2.
La récupération de l’eau épurée s’effectue à l’aide de seringue.
Pompage
FRANÇAIS
7
Biotechnollogie
Réacteur biologique de traitement des eaux
x
Réf :
544 029
6 Obstruc
O
ction de
es valve
es
En cas d’obstructi on des valve
es :
etirer la pomp
pe concernée
1 - Re
2 - Inv
verser la possition de valv
ve
3 - Injecter de l’ea
au en pressant fortement,,
7 Recomm
R
mandations
N’utilis
ser que de
es microorg
ganismes non
n
pathogèènes : levurre, bactérie
e
alimen
ntaires.
Le dis
spositif n’est pas conçu pour
p
recevoir des véritabl es eaux usées.
8 Complé
C
ément pédagog
gique
8.1 Contexttualiser les
l déma
arches pé
édagogiques
Ce
C dispositiff pédagogique permet de visualiseer les parramètres de
e
fonctio
onnement de
es processus
s microbiolog
giques d’unee station d’ép
puration.
On
O s’intéressse ici aux tra
aitements de
es eaux résidduaires urba
aines (ERU),,
que l’on nomme aussi « eaux grises ». Constituées
C
des eaux domestiques,
d
,
c’est une eau rela
ativement pe
eu chargée en
e matière oorganique ett en produitss
ques au rega
ard des eaux
x résiduaires industrielless ou agricoles
s.
chimiq
On
O distingue 3 grandes étapes
é
:
os déchets « physique » : plastiques,,
1 – étape de dégrrillage, on éllimine les gro
caillou
ux etc…
2 – étape de dess
sablage par décantation et de déshuiilage par flotttation
bienne : dans
s le bassin biologique
b
ouu d’aération, la biomasse
e
3 – éttape microb
assim
mile la polluttion biodégra
adable disso
oute et la ttransforme en
e flocs. Le
e
procédé de boue
es activées est donc ba
asé sur dess cultures microbiennes
m
s
upées en a mas ou floc
cs maintenu
us en suspeension par l’agitation
l
ett
regrou
l’aérattion.
FRANÇAIS
8
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
Les eaux usées contiennent de la matière organique polluante pour
l’environnement, toxique pour les écosystèmes aquatiques. Elles ne peuvent
donc pas être déversées directement dans la nature.
Le but du traitement biologique est de digérer cette pollution biodégradable et
de la transformer en une matière organique constituée essentiellement des
corps cellulaires bactériens. Le bilan du traitement biologique à boues activées
est le transfert d’une pollution soluble et particulaire vers une matière
organique concentrée, solide, valorisable en partie comme engrais dans
l’agriculture. Il reste le plus souvent une fraction non biodégradable, qui doit
subir un traitement spécifique avant neutralisation.
Représentation schématique du procédé de production des boues dans une station de type boues activées.
La Station d’Epuration JEULIN reprend l’organisation d’une station à boues
activées. Le bilan observé du traitement biologique permettra de démontrer
que contrairement aux idées reçues, on n’obtient pas de l’eau potable, mais
on produit de la matière organique maîtrisée sous forme de boues de matière
bactérienne.
Le système repose sur le flux continu de matière organique et la croissance
d’une population microbienne capable de consommer cette matière.
FRANÇAIS
9
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
8.2 Pistes pédagogiques
) Piste pédagogique : production des boues à partir de ERU
Effluent synthétique 5g/ L
Bac 2 : aération / agitation + mix bactérien 1 (poudre) 2g/L
Bac 3 : Extraction d’un volume d’eau – clarification
Nous proposons de suivre l’aspect de la décantation et du résidu sur plusieurs
temps
Temps à 0
A 1h
A 1 jour
A 2 jours
On peut compléter par une observation au microscope des boues formées.
) Piste pédagogique : étudier le rôle de l’oxygène
Le faire sur 48h.
C’est la même expérience sans oxygène/ observation.
) Piste pédagogique : le suivi du cycle de l’azote
Reprendre le TP1, on recycle les boues en bac 2 et on récupère l’eau clarifiée.
On observe et on constatera NH3.
Ensuite on introduit le mix bactérien 2 (liquide) quelques mL en bac 2 en
agitation 12h environ.
Temps à 0
A 1h
A 1 jour
A 2 jours
) Piste pédagogique : concentration des boues
Extraire les boues. Les passer dans un entonnoir avec un papier filtre. Les
placer ensuite dans une étuve. Observer de la poudre homogène et à
comparer avec l’effluent de départ.
) Piste pédagogique : pollution
On peut dérégler le fonctionnement en introduisant un polluant chimique
(cuivre par exemple)
8.3 Suivi et Analyses physico-chimique
Exemples de mesures :
‐ Matière en suspension / turbidité
‐ Dosage de l’azote ammoniacal et nitrate
‐
FRANÇAIS
Suivi de l’oxygène dissous, Demande Biologique en Oxygène DBO et
Demande Chimique en Oxygène DCO
10
Biotechnollogie
Réacteur biologique de traitement des eaux
x
Réf :
544 029
8.4 Principe
e de fonc
ctionnem
ment
Bac 1 : Effluent
d préparer l’effluent san
ns déstabilise
er
Permet de
le réacte
eur (bac 2), l’’ajout d’efflue
ent s’effectue
e
progress
sivement. Doonne donc le
e débit du
système
e.
Mesure : MES /DCO
O/ DBO.
Volume inférieur au réacteur.
d passage : de quelques minutes à
Temps de
quelques heures maaximum.
udie pas la déécantation du type
On n’étu
dégrillag
ge.
Préparation de l’effluuent synthétique
Bac 2 : Réacteur
d passage 448 heures en
nviron
Temps de
Mesure ponctuelle M
MES /pH
Volume 2 litres envirron
uction des m icro-organism
mes s’effectu
ue
L’introdu
en bac 2,
2 volume maaxi préconisé
ée 1,8 L. Le
bac 2 es
st sous agitattion et aératiion (suivant le
l
type de micro-organiismes).
nant le mix baactérien, il est soumis à
Concern
brevet et met en œuuvre des bacttéries de
dépollution des sols et rééquilibrage des eau
ux
on d'épuratioon.
de statio
Après l’introduction ddes micro-orrganismes 2 à 3
rve une modiification du
gr par littre, on observ
liquide avec
a
l’apparittion d’une co
ouleur beige
claire (après 48 heurres d’agitatio
on et
nation)= flocs
cs bactériens.
d’oxygén
C’est à partir
p
de ce m
moment que l’on peut
commen
ncer par extraaire progress
sivement une
e
partie du
u bac et metttre en décan
ntation dans le
l
bac 3.
Bac 3 : Clarificateu
ur /décanteur
O.
Mesure : MES /DCO
métrie
Mesure ExAO : oxym
oues » sédim
mentent et s’a
accumulent au
a
Les « bo
fond, elle
es sont réinttroduites dan
ns le bac cen
ntral
à l’aide du
d système dde pompe.
L’eau ép
purée est évaacué= > mes
sure de MES
S
/DCO/ DBO
D
à compaarer avec les
s valeurs
d’entrée.
FRANÇAIS
11
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
a) Suivi et analyse du liquide clarifié – Bac 3
pH, turbidimétrie, oxygène (Les Matières En Suspension - MES) peuvent être
suivi en Ex.A.O.
Bac 2 : mesures ponctuelles comparatives (faire attention aux difficultés de
mesures en milieu très saturés en Matières En Suspension)
Les systèmes d’analyse chimique (ex Kit pureté des eaux), oxygène dissout
permettent de suivre DBO, Nitrate, nitrite, NH4+
b) Les paramètres à analyser
Oxygène, DBO, DCO et Oxydabilité
L'ensemble de ces paramètres permet d'estimer la quantité de matière
organique présente dans l'eau.
c) Oxygène dissous
L'eau absorbe autant d'oxygène que nécessaire pour que les pressions
partielles d'oxygène dans le liquide et dans l'air soient en équilibre. La
solubilité de l'oxygène dans l'eau est fonction de la pression atmosphérique
(donc de l'altitude), de la température et de la minéralisation de l'eau : la
saturation en O2 diminue lorsque la température et l'altitude augmentent.
La concentration en oxygène dissous est un paramètre essentiel dans le
maintien de la vie, et donc dans les phénomènes de dégradation de la matière
organique et de la photosynthèse.
C'est un paramètre utilisé essentiellement pour les eaux de surface. Au niveau
de la mer à 20°C, la concentration en oxygène en équilibre avec la pression
atmosphérique est de 8,8 mg/l d'O2 à saturation. Une eau très aérée est
généralement sursaturée en oxygène (torrent), alors qu'une eau chargée en
matières organiques dégradables par des micro-organismes est sous-saturée.
En effet, la forte présente de matière organique, dans un plan d'eau par
exemple, permet aux micro-organismes de se développer tout en consommant
de l'oxygène.
L'oxygène dissous est donc un paramètre utile dans le diagnostic biologique
du milieu eau.
d) DBO, DCO et oxydabilité.
La DBO (demande biochimique en oxygène) exprime la quantité
d'oxygène nécessaire à la dégradation de la matière organique
biodégradable d'une eau par le développement de micro-organismes,
dans des conditions données. Les conditions communément utilisées sont 5
j (on ne peut donc avoir qu'une dégradation partielle) à 20°C, à l'abri de la
lumière et de l'air ; on parle alors de la DBO5.
Cette mesure est très utilisée pour le suivi des rejets des stations
d'épuration, car elle donne une approximation de la charge en matières
organiques biodégradables. Elle est exprimée en mg d’O2 consommé (cf.
tableau ci-dessous).
FRANÇAIS
12
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
Tableau 1 : Echelle de valeurs de DBO5
La DCO (demande chimique en oxygène) exprime la quantité
d'oxygène nécessaire pour oxyder la matière organique (biodégradable
ou non) d'une eau à l'aide d'un oxydant, le bichromate de potassium. Ce
paramètre offre une représentation plus ou moins complète des matières
oxydables présentes dans l'échantillon (certains hydrocarbures ne sont, par
exemple, pas oxydés dans ces conditions). L'objectif de la DCO est donc
différent de celui de la DBO.
La DCO peut être réalisée plus rapidement que la DBO (oxydation " forcée ")
et donne une image de la matière organique présente, même quand le
développement de micro-organismes est impossible (présence d'un toxique
par exemple). Le résultat s'exprime en mg/l d'O2.
Généralement, la DCO vaut de 1,5 à 2 fois la DBO5 pour les eaux usées
domestiques.
La relation empirique suivante lie la DBO5, la DCO et la matière organique de
l'échantillon (MO) :
MO = (2 DBO5 + DCO) / 3
L'oxydabilité est une mesure similaire à la DCO, utilisée dans le cas de faible
concentration en matière organique (DCO < 40 mg/l d'O2). L'oxydant requis
est le permanganate de potassium.
Le Bichromate de potassium est un produit extrêmement toxique et
dangereux à manipuler, c’est la raison pour laquelle nous préconisons le
suivi de la DBO et de la turbidité.
e) Turbidité
La mesure de la turbidité permet de préciser les informations visuelles sur
l'eau. La turbidité traduit la présence de particules en suspension dans l'eau
(débris organiques, argiles, organismes microscopiques…). Les désagréments
causés par une turbidité auprès des usagers sont relatifs car certaines
populations sont habituées à consommer une eau plus ou moins trouble et
n'apprécient pas les qualités d'une eau très claire. Cependant une turbidité
forte peut permettre à des micro-organismes de se fixer sur des particules en
suspension. La turbidité se mesure sur le terrain à l'aide d'un turbidimètre.
Tableau 2 : classes de turbidité usuelles (NTU, nephelometric turbidity unit)
NTU
5 < NTU < 30
NTU > 50
NTU
FRANÇAIS
Eau claire
Eau légèrement trouble
Eau trouble
La plupart des eaux de surface en
Afrique atteignent ce niveau de
turbidité
13
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
f)
pH
Le pH (potentiel Hydrogène) mesure la concentration en ions H+ de l'eau. Il
traduit ainsi la balance entre acide et base sur une échelle de 0 à 14, 7 étant
le pH de neutralité. Ce paramètre caractérise un grand nombre d'équilibre
physico-chimique et dépend de facteurs multiples, dont l'origine de l'eau.
Tableau 3 : classification des eaux d'après leur pH
pH < 5
Acidité forte => présence d'acides
minéraux ou organiques dans les eaux
naturelles
pH = 7
pH neutre
7 < pH < 8
5,5 < pH < 8
pH = 8
Neutralité approchée => majorité des
eaux de surface
Majorité des eaux souterraines
Alcalinité forte, évaporation intense
8.5 Protocole
8.5.1 Demande biologique en oxygène
a) Principe de l'analyse
La DBO est mesurée au bout de 5 jours (=DBO5), à 20 °C (température
favorable à l’activité des micro-organismes consommateurs d’O2) et à
l’obscurité (afin d’éviter toute photosynthèse parasite).
Deux échantillons sont nécessaires : le premier sert à la mesure de la
concentration initiale en O2, le second à la mesure de la concentration
résiduaire en O2 au bout de 5 jours. La DBO5 est la différence entre ces 2
concentrations. Les mesures seront effectuées sur un même volume et le
second échantillon sera conservé 5 jours à l’obscurité et à 20 °C.
Afin de mesurer la totalité de la demande, l’O2 ne doit pas devenir un facteur
limitant de l’activité microbienne. En effet, une eau abandonnée à elle-même
dans un flacon fermé consommera rapidement le dioxygène dissous : il faut
donc s’assurer au préalable que ce dioxygène suffira largement à la
consommation des micro-organismes. On utilise pour cela la méthode des
dilutions, ou l’échantillon à doser est dilué dans une quantité d’eau telle qu’à
l’issue de la mesure le taux d’O2 résiduel reste supérieur à 50% du taux initial.
Une quantité réduite du mélange micro-organismes + substrat est ainsi mis à
disposition du dioxygène d’un important volume d’eau dépourvu de demande
propre*
(*L'eau pure ne consomme effectivement pas d'oxygène)
FRANÇAIS
14
Biotechnologie
Réacteur biologique de traitement des eaux
Réf :
544 029
b) Matériel
•
Oxymètre
•
Agitateur magnétique
•
Aérateur
•
Flacons
•
Eau pure pour la dilution
c) Protocole opératoire
Préparation de l’eau de dilution : mettre la veille du prélèvement, dans un
récipient de 10 l, de l’eau du robinet dans laquelle on plonge pendant 24 h un
aérateur pour la saturer en dioxygène. Laisser reposer 12 h.
‐
Choix du facteur de dilution : Le facteur de dilution F dépendra de la
charge de l’eau analysée. Par exemple, on choisira un facteur de
dilution de l’ordre de 10 pour une eau de surface (DBO moyenne = 1 à
30 mg/l) ou de 50 à 100 pour une eau usée (DBO moyenne = 300
mg/l pour un effluent domestique).
Concrètement, si en début de mesure l’eau est saturée en dioxygène (8 mg/l),
pour une eau usée (DBO de l’ordre de 300 mg/l), on choisira un facteur de
dilution F de l’ordre de 300 / (8-8/2) = 75.
Si l’on dispose d’un flacon de 150 ml, en diluant 2 ml d’eau usée dans 148 ml
d’eau de dilution on obtient un facteur de dilution F = 150/2 = 75 convenable.
‐
Préparation des flacons de mesure : verser dans le flacon un peu
d’eau de dilution puis la quantité prévue d’échantillon puis remplir le
reste du flacon avec l’eau de dilution. Fermer le flacon sans y laisser
d’air. Faire ainsi 2 flacons identiques.
‐
Mesure au temps 0 : doser l’O2 dissous dans un flacon d’échantillon
dilué (T0 en mg/l).
d) Incubation : placer les 2 flacons restants à l’étuve 20 °C et à
l’obscurité pendant 5 jours.
e) Mesure au temps 5 jours : doser l’O2 dissous dans le flacon
d’échantillon dilué restant (T5 en mg/l).
f)
Résultats : DBO = F (T0-T5)
9 Service après-vente
Pour toute question, veuillez contacter :
JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE
468, rue Jacques Monod
CS 21900
27019 EVREUX CEDEX FRANCE
0 825 563 563 *
* 0,15 € TTC/ min à partir d'un poste fixe
FRANÇAIS
15
Assistance technique
en direct
Une équipe d’experts
à votre disposition
du lundi au vendredi
de 8h30 à 17h30
• Vous recherchez une information
technique ?
• Vous souhaitez un conseil
d’utilisation ?
• Vous avez besoin d’un diagnostic
urgent ?
Nous prenons en charge
immédiatement votre appel
pour vous apporter une réponse
adaptée à votre domaine
d’expérimentation :
Sciences de la Vie et de la Terre,
Physique, Chimie, Technologie.
Service gratuit*
0 825 563 563 choix n°3**
* Hors coût d’appel. 0,15 e TTC/min à partir d’un poste fixe.
** Numéro valable uniquement pour la France
métropolitaine et la Corse. Pour les DOM-TOM et les EFE,
composez le +33 2 32 29 40 50.
Direct connection
for technical support
A team of experts
at your disposal
from Monday to Friday
(opening hours)
• You’re looking for technical
information ?
• You wish advice for use ?
• You need an urgent diagnosis ?
We take in charge your request
immediatly to provide you
with the right answers regarding
your activity field : Biology, Physics,
Chemistry, Technology.
Free service*
+33 2 32 29 40 50**
* Call cost not included.
** Only for call from foreign countries.
Aide en ligne
FAQ.jeulin.fr
468, rue Jacques-Monod, CS 21900, 27019 Evreux cedex, France
Métropole • Tél : 02 32 29 40 00 - Fax : 02 32 29 43 99 - www.jeulin.fr - [email protected]
International • Tél : +33 2 32 29 40 23 - Fax : +33 2 32 29 43 24 - www.jeulin.com - [email protected]
SAS au capital de 1 000 000 e - TVA intracommunautaire FR47 344 652 490 - Siren 344 652 490 RCS Evreux

Download Report