Evaluation des performances d'un pilote de séparation primaire dans la station d'épuration d'Embourg

Abstract

La gestion des eaux usées présente des enjeux majeurs pour nos sociétés. En Wallonie, les efforts se portent actuellement et pour quelques années encore sur les stations de petite taille (<2.000 EH). La séparation primaire chimiquement assistée est une voie prometteuse dans ce cadre. En effet, elle nécessite peu d’énergie et permet de récupérer un maximum de matières potentiellement valorisables en biométhanisation. Cette technologie est étudiée dans ce travail selon deux axes : des essais laboratoires (jar-tests) menés sur eau résiduaire urbaine (sélection du type et de la dose de coagulants) et sur des eaux d’industries agro-alimentaires, et en l’évaluation des performances d’un pilote. Ce pilote utilise un système d’injection de réactif en ligne et deux systèmes de séparation (hydrocyclone et décanteur lamellaire). De plus, dans l’optique d’un asservissement de l’injection de réactif à la charge polluante, la conductivité de l’eau a été étudiée comme indicateur. Comme attendu, le chlorure ferrique a montré de bonnes performances dès l’ajout de 5 mgFe3+/L avec une amélioration significative à 20 mgFe3+/L. Les doses de 5, 10 et 20 mgFe3+/L ont été sélectionnées pour être testées sur le pilote à des débits de 5 et 7 m3/h. Les essais menés sur l’hydrocyclone n’ont pas été concluants. C’est probablement dû à la faible densité des particules (non évaluée), leur petite taille (<100 µm) ou à des forces de cisaillement importantes, fractionnant les particules. Des essais complémentaires seraient nécessaires avant de statuer. Les essais menés sur décanteur lamellaire ont montré de bons résultats, particulièrement aux dose de 10 mgFe3+/L et de 20 mgFe3+/L à 5m3/h. Pour ces doses, les abattements de turbidité étaient supérieurs à 90% sur des eaux suffisamment chargées (turbidité>250 FNU) avec des turbidités résiduaires moyennes de 27,1 ± 3,9 et de 45,3 ± 32,1 FNU respectivement. Le témoin, quant à lui ne montrait que des abattements de l’ordre de 40 à 60%. Concernant l’asservissement à la conductivité, bien que le modèle linéaire construit entre les MES et la conductivité ne permet de saisir qu’une part limitée de la variabilité (R2=0,37), le modèle ROC construit avec la conductivité comme classificateur d’une concentration en MES supérieure à 35 mg/L a montré de bonnes performances (AUC-ROC=0,887), rendant la conductivité prometteuse pour contrôler l’ajout de coagulant.

Wastewater management is a major issue for our societies. In Wallonia, efforts are focusing on small treatment plants (<2,000 PE). Chemically enhanced primary treatment is a promising approach in this context. Indeed, it requires little energy and allows for the recovery of a maximum amount of material that can be valorized through biomethanization. This technology is studied in this work along two axes: laboratory trials (jar tests) on urban wastewater and on agri-food industry wastewater, as well as an evaluation of pilot performance. This pilot uses an in-line reagent injection system and two separation systems: a hydrocyclone and a lamellar settler. Moreover, in the aim of adjusting the coagulant injection to the pollutant load, conductivity was studied as an indicator. As expected, ferric chloride showed good efficiency with an addition of 5 mgFe3+/L, with a significant improvement at 20 mgFe3+/L. The doses of 5, 10, and 20 mgFe3+/L were selected to be tested on the pilot at flow rates of 5 and 7 m³/h. The trials conducted with the hydrocyclone were inconclusive. This may be due to particle density too low (not evaluated), particle size being too small (< 100 µm) or due to high shear forces, which could have fragmented the particles. Trials carried out on the lamellar settler showed good results, particularly at the doses of 10 mgFe3+/L and 20 mgFe3+/L at 5 m³/h. For these doses, turbidity removal exceeded 90% on sufficiently charged water (turbidity > 250 NTU), with residual turbidity of 27.1 ± 3.9 and 45.3 ± 32.1 NTU, respectively. In contrast, the control only showed turbidity removal between 40% and 60%. About enslaving to conductivity, although the linear model built between TSS and conductivity captures only a limited part of the variability (R² = 0.37), the ROC model built with conductivity as a classifier of TSS concentrations above or below 35 mg/L showed good performance (AUC-ROC = 0.887), making conductivity a promising tool for controlling coagulant addition.