Conception d'une station d'épuration EMI final (PDF)

École Mohammadia d'Ingénieurs
Département Génie Civil
Option Génie Urbain et Environnement

Projet d’Infrastructure

STATION D’ÉPURATION

Encadré Par:
Prof. GHRISSI

Réalisé Par:
LAHLAL Es-said

Conception d'une Station d’Épuration

Table des matières
Introduction......................................................................................................................................3
Préambule.........................................................................................................................................4
Calcul Préliminaire..........................................................................................................................4
I) Évolution de la population:.........................................................................................................4
II) Évolution de la consommation :................................................................................................5
III) Calcul des débits d’eaux usées:................................................................................................6
Prétraitement....................................................................................................................................8
I) Agencement et phases de réalisation:.........................................................................................8
II) Pré-Dégrillage :.........................................................................................................................9
III) Dégrillage moyen:..................................................................................................................11
IV) Dimensionnement du canal aval aux dégrilleurs :.................................................................12
V) Déssablage:..............................................................................................................................13
1) Agencement :.......................................................................................................................14
2) Calcul de la section du déssableur :.....................................................................................14
3) Dimensionnement du jaugeur Parsall :................................................................................14
Traitement Primaire.......................................................................................................................16
I) Décantation :.............................................................................................................................16
1) Caractéristiques techniques des décanteurs : ......................................................................16
2) Conception des décanteurs : ...............................................................................................16
3) Agencement des décanteurs : ..............................................................................................17
4) Estimation du volume des boues produites :.......................................................................18
5) Conception des zones d'entrée et de sortie des décanteurs : ...............................................18
Traitement secondaire....................................................................................................................21
I) Traitement biologique - Lits bactériens :..................................................................................21
1) But et principe de fonctionnement : ...................................................................................21
2) Critères de dimensionnement ............................................................................................22
3) Méthodologie de calcul .....................................................................................................22
4) Résumé de calcul de dimensionnement :.............................................................................26
5) Agencement des lits bactériens :..........................................................................................26
6) Estimation du volume des boues produites :.......................................................................26
II) Clarificateur :...........................................................................................................................27
1) But et principe de fonctionnement .....................................................................................27
2) Critères de dimensionnement :............................................................................................27
3) Méthodologie de calcul : ....................................................................................................27
4) Fiche des calculs :................................................................................................................28
5) Agencement des clarificateurs :...........................................................................................29
6) Ouvrages d'entrée-sortie du clarificateur :...........................................................................29
Traitement des boues :...................................................................................................................31
1) Épaississement:........................................................................................................................31
2) Dégisteur :................................................................................................................................32
3) Les lits de séchage:...................................................................................................................35
Conclusion :.....................................................................................................................................37
2

Conception d'une Station d’Épuration

Introduction
L’épuration des eaux consiste à recycler les eaux usées à fin de pouvoir les rejeter dans le milieu
naturel sans l’endommager ou même les réutiliser , le processus d’épuration se fait dans des stations
dites « stations d’épuration.
Le Maroc, qui accuse un gros retard en matière de traitement des eaux usées, va investir d'ici 2020 un
montant de 4 milliards d'euros pour construire 260 stations d'épuration.
La première tranche du Programme national d'assainissement (PNA) porte sur la période 2006-2008. Elle
cible 130 villes et centres comptant une population de 6,7 millions habitants. Le coût global des
investissements est estimé à 8,3 milliards dirhams .
La conception des stations d'épuration, dont les coûts s'avèrent colossaux, est un travail d'ingénierie de
grande importance, rien qu'une mauvaise estimation d'une variable telle que le climat peut conduire à des
stations d'épuration « malades » présentant des nuisances et ne fonctionnant pas correctement. Ainsi
chaque région possède ses propres caractéristiques, ses propres ordres de grandeurs, il faut suite à cette
réalité investir dans une étude technique bien approfondie pour pouvoir décider lequel des procédés est
le mieux adapté.

3

Conception d'une Station d’Épuration

Préambule
Le but du présent travail est de dimensionner une station d'épuration pour l'horizon 2055, pour ce faire,
on doit dans un premier lieu déterminer l'évolution de la population en se basant sur les recensements
existants, en déduire l'évolution de la consommation et enfin calculer le débit de projet ou le débit de
conception à l'aide duquel on va dimensionner notre STEP. On va passer dans un deuxième lieu au
dimensionnement de la STEP, tout en commençant par le dégrillage et puis le dessablage dans la phase
de prétraitement, ainsi on doit déterminer les débits à soustraire pour l’irrigation, le premier débit
d'irrigation sera prélevé directement après le prétraitement et le deuxième après le traitement primaire.

Calcul Préliminaire
I) Évolution de la population:
Pour déterminer l'évolution de la population, on va utiliser la Méthode Rationnelle, cette méthode est la
plus utilisée, en plus c'est généralement avec cette méthode qu'on dimensionne le réseau de
l'alimentation en eau potable:
P t = P i⋅(1+ K i )(t

f

– t i)

Pt: Population dans une année t ;
Pi: Population dans une année i ultérieure ;
Ki: Taux de croissance.

P t t 1−t
K i =( ) −1
Pi

On calcul le Ki par la formule:

f

i

On obtient les données suivantes :
Années
POP
(103)
Ki

1962

1965

1970

1975

1985

1990

1995

2005

2010

162

165

168

170

175

180

183

188

190

-

0,00614

0,00361

0,00237

0,00290

0,00565

0,00331

0,00270

0,002
12

On calcul la moyenne des Ki: Ki = 0,0036
On prend Ki = 0,004 soit Ki = 0,4%
On calcule ensuite les prévisions de la population en utilisant le taux de croissance constant K i = 0,4% :
Années
POP (103)

2010
190

2015
194

2020
198

2025
202

2030
206

4

2035
210

2040
214

2045
218

2050
223

2055
227

Conception d'une Station d’Épuration

II) Évolution de la consommation :
La consommation est divisée en 4 types: Consommation domestique, commerciale, touristique et
industrielle.

1) Consommation domestique :
D'après les données du tableau suivant, on a la consommation domestique pour les 45 ans passés :
Année
Cons. (l/hab.j)

1965

1970

1975

1985

1990

1995

2005

2010

80

85

90

100

120

125

135

140

On prend une évolution de la consommation de 5l/hab/j tout les 5 ans, on obtient les prévisions
suivantes :
Années

2010

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

205
5

Cons.
(l/hab.j)

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

2) Consommation commerciale :
Il est donné que le commerce consomme actuellement (2010), l'équivalent de 3% de la consommation
domestique. Ce pourcentage est supposé constant jusqu'à l'an 2055.

3) Consommation touristique :
Le tourisme consomme actuellement (2010) l'équivalent de 3% de la consommation domestique. Le
pourcentage augmente jusqu'à atteindre 8% à l'an 2055, on aura donc l'évolution suivante :
Année
Taux d'évol. (%)
Cons. Touristique
(l/hab/j)

2010
3

2015
3

2020
4

2025
4

2030
5

2035
6

2040
6

2045
7

2050
8

2055
8

4

4

6

6

8

10

10

12

14

15

5

Conception d'une Station d’Épuration

4) Consommation industrielle :
La consommation industrielle est supposée être de 7% de la consommation domestique en 2015, et elle
augmentera de 1% tous les 5 ans, le tableau suivant résume tous les calculs précédents :
Années

2010

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

2055

Population
(103) hab

190

194

198

202

206

210

214

218

223

227

Cons.
Domestique
(l/hab.j)

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

Cons.
Commerciale
(l/hab/j)

4

4

5

5

5

5

5

5

5

6

Taux Cons.
Touristique(%)

3

3

4

4

5

6

6

7

8

8

Cons.
Touristique
(l/hab/j)

4

4

6

6

8

10

10

12

14

15

Taux Cons.
Industrielle(%)

-

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Cons.
Industrielle
(l/hab/j)

-

10

12

14

16

18

20

23

25

28

Cons. Totale
(l/hab/j)

-

164

173

180

189

198

206

215

225

233

Volume
Consommé
(m3/j)

-

3175
9

34110

36270

38853

41568

44055

47030

5015
2

5300
5

III) Calcul des débits d’eaux usées:
En considérant qu'on a un réseau unitaire, le débit des eaux usées à prendre en compte est composé de
trois débits: un débit de ruissellement qu'on ignorera en raison de la difficulté de son estimation, un débit
d'eaux usées rejetées et un débit d'eaux infiltrées ;
1) Débit d'eaux usées rejetées : Qrej
On suppose que ces eaux représentent 75% du volume d'eau consommé.
Taux de retour : Tr = 0,75

2) Débit d'eaux infiltrées : Qinf
Pou déterminer le débit des eaux infiltrées, on utilise la formule suivante :

Qinf =max(Q rej ; 90l /hab / j)
3) Débit de conception : Qconc
Ainsi on détermine le débit de conception par la relation suivante :

Qconc =Q p +Qinf

avec

6

Q p =C p ×Qrej

Conception d'une Station d’Épuration
Cp : Coefficient de pointe (en seconde) donné par :

C p=1,5+

2,5
, Q en l/s
√Q rej rej

Le coefficient de pointe est un entier, il est arrondi en haut.
Les débits de conception sont donnés dans le tableau suivant :
Année
Qrej (l/s)
Qinf (l/s)
Cp
Cp Retenu
Qconc (l/s)

2015
276
285
1.65
2
836

2020
296
306
1.65
2
898

2025
315
325
1.64
2
955

2030
337
348
1.64
2
1023

7

2035
361
373
1.63
2
1094

2040
382
395
1.63
2
1160

2045
408
422
1.62
2
1239

2050
435
451
1.62
2
1321

2055
460
477
1.62
2
1397

Conception d'une Station d’Épuration

Prétraitement
I) Agencement et phases de réalisation:
1) Répartition des débits de conception :
Le débit maximal qui traversera la station est celui de l'an 2055 :
Qmax = 1,397 m3/s
On prend :
Année

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

2055

Débit du
prétraitement
(l/s)

836

898

955

1023

1094

1160

1239

1321

1397

Débit du
Traitement
Primaire (l/s)

669

719

764

818

876

928

991

1057

1118

Débit du
Traitement
Secondaire (l/s)

535

575

611

655

700

742

793

846

894

Avec :
Débit de
conception (l/s)

Débit du Traitement
Primaire (l/s)

1

-

Débit du Traitement
Primaire (l/s)

0.8

1

Débit du Traitement
Secondaire (l/s)

-

0.8

Débit de prétraitement
(l/s)

2) Choix des phases de construction :
De 2015 à 2055, le débit de conception augmentera de près de 70%, ce qui présente une grande
évolution, donc il faut prévoir un agencement des travaux ; on commence par diviser en 2 tranches la
réalisation des ouvrages liés au prétraitement. La première tranche s’étale de 2015 à 2035, la deuxième
tranche de 2035 à 2055.
Le premier processus est le Prétraitement (dégriallage et déssablage) suivit d'un traitement primaire après
l'acheminement d'une fraction de 20% du débit vers l'irrigation, puis un traitement secondaire pour un
débit diminué d'une seconde fraction d'irrigation de 20%.

8

Conception d'une Station d’Épuration

II) Pré-Dégrillage :

1

1

2

2

i t EU
b
é
D trant
en

Dégrillage moyen
Prédegrillage
Le dégrillage se fait en 2 étapes, un dégrillage préliminaire suivi d'un dégrillage moyen; Pour chaque
étape, on procède à un découpage en 2 tranche pour minimiser le coût de réalisation. La première
tranche se prolonge entre 2015 et 2035, pendant laquelle seule une grille sera mise en service. Pendant
la deuxième tranche, de 2035 à 2055, les deux grilles fonctionneront à la fois.
Les débits Qmin et Qmax qui seront utilisés pour dimensionner la grille sont calculés comme suite :

D'où :

Tranche

2015-2035

2035-2055

Qmin (l/s)

Q(2015) = 836

Q(2035)/2 = 547

Qmax (l/s)

Q(2035) = 1094

Q(2055)/2 = 698

Qmin = 547 l/s

et

Qmax = 1094 l/s

On commence par calculer la surface de la grille par la formule :

S v=

Q
V⋅a⋅c

Avec :
Q : Débit traversant la grille ;
V : vitesse d’écoulement ;
a : Coefficient de passage libre :
e
avec e: espacement et s : dimension de la grille ;
e+ s
c ; Coefficient de colmatage.
a=

9