Dimensionnement D'une Unité de Production de L'eau Potable [PDF]

Zitiervorschau

Filière : Environnement et sécurité industriels

Dimensionnement de l’unité de production d’eau potable pour les villes d’Azilal et Afourar

REALISE PAR : EL JANATI NABIL MOHAMED NADIR BOUZEKRAOUI ENCADRE PAR : Mr. BENNAJAH Mounir

Année universitaire : 2018 -2019

Liste des figures Figure 1 : Tamiseur ..............................................................................................................5 Figure 2 : filtration sur structure plane ...............................................................................6 Figure 3 : filtration sur lit ....................................................................................................6 Figure 4 : filtration lente sur sable .......................................................................................7 Figure 5 : Différents techniques de séparation membranaire ............................................8 Figure 6: Cascades d’aération............................................................................................ 14 Figure 7: Décanteur ............................................................................................................ 15 Figure 8: filtre à sable......................................................................................................... 15 Figure 9: Filtre en cours de lavage .................................................................................... 16 Figure 10: Fin de lavage .....................................................................................................16

Liste des Tableaux Tableau 1: Types de grilles ...................................................................................................4 Tableau 2: Paramètres physico-chimiques NM 03.7.001 (2006) .......................................10 Tableau 3: Paramètres physico-chimiques NM 03.7.001 (2006) .......................................11 Tableau 4: Paramètres bactériologiques, indicateurs du fonctionnement des installations et de l'efficacité de traitement NM 03.7.001 (2006) ........................................................... 11 Tableau 5: Paramètres bactériologiques, indicateurs du fonctionnement des installations et de l'efficacité de traitement NM 03.7.001 (2006) ........................................................... 12 Tableau 6: Capacités moyennes de production de l'eau potable de différentes stations de traitement au Maroc ........................................................................................................... 12 Tableau 7: calcul de débit nécessaire de production de l’eau potable à l'horizon 2068 ...18 Tableau 8: Calcul du cout d'investissement ......................................................................29 Tableau 9: coûts relatifs aux salaires des employés .......................................................... 30 Tableau 10: prix total des réactifs chimiques utilisés ........................................................ 30 Tableau 11: prix de volume de l'eau brute acheté ............................................................. 30 Tableau 12: prix moyen estimé de l'exploitation de la station .......................................... 30 Tableau 13: calcul des bénéfices de vente de m3 produit d'eau potable ........................... 31

1

Table des matières 1

Etude bibliographique .....................................................................................................4 1.1

Technologies ............................................................................................................4

1.1.1

Introduction .......................................................................................................4

1.1.2

Les procédés de potabilisation ...........................................................................4

1.1.2.1

Dégrillage ..................................................................................................4

1.1.2.2

Tamisage ou Micro tamisage ......................................................................5

1.1.2.3

Coagulation ................................................................................................5

1.1.2.4

Floculation .................................................................................................5

1.1.2.5

Décantation ................................................................................................5

1.1.2.6

Filtration ....................................................................................................5

1.1.2.7

Filtration membranaire ...............................................................................7

1.1.2.8

Désinfection ...............................................................................................8

1.2

Norme marocaine qualité des eaux d’alimentation humaine NM 03.7.001 (2006) .....9

1.3

Capacité Moyenne de unités marocaines de production de l’eau potable ................. 12

1.4

Exemple de la station de traitement de l’eau potable EL Kansera, Khemisset.......... 13

1.4.1

Arrivée de l’eau brute du barrage EL Kansera vers la station de traitement ......13

1.4.2

Pré chloration ..................................................................................................13

1.4.3

Aération .......................................................................................................... 13

1.4.4

Coagulation / Floculation ................................................................................ 14

1.4.5

Décantation .....................................................................................................14

1.4.6

Filtration ......................................................................................................... 15

1.4.6.1

Lavage des filtres ..................................................................................... 15

1.4.6.2

Les étapes de lavage des filtres ................................................................. 16

1.4.6.3

Recyclage de l’eau de lavage : ..................................................................17

1.4.7

Chloration .......................................................................................................17

1.4.7.1

Injection de l’eau Chlorée......................................................................... 17

1.4.8

Refoulement de l’eau traitée ............................................................................ 17

1.4.9

Les principaux réactifs utilisés dans la station de traitement EL Kansera ......... 17

2 Dimensionnement d’une station de traitement des eaux potables répondant au besoin des villes Azilal et Afourar ......................................................................................................... 18

2

2.1 Calcul de débit de production nécessaire pour la satisfaction des besoins en eau de la population......................................................................................................................... 18 2.2

3

Filière de traitement ................................................................................................ 19

2.2.1

Qualité de l’eau brute ...................................................................................... 19

2.2.2

Débit d’eau brute ............................................................................................. 19

2.2.3

Dimensionnement des ouvrages de traitement ................................................. 20

2.2.3.1

Système d’aération ................................................................................... 20

2.2.3.2

Ouvrage général de répartition..................................................................20

2.2.3.3

Mélangeurs rapides (Coagulateur) : .......................................................... 20

2.2.3.4

Floculateurs.............................................................................................. 21

2.2.3.5

Décantation lamellaire .............................................................................. 22

2.2.3.6

Filtres de sables ........................................................................................ 24

2.2.3.7

Réservoir d’eau traitée.............................................................................. 25

2.2.3.8

Traitement des boues ................................................................................ 26

2.2.3.9

Réactifs .................................................................................................... 28

Calcul de cout : ............................................................................................................. 29 3.1

Investissement ........................................................................................................29

3.2

Calcul des coûts d’exploitation ............................................................................... 29

3.3

Calcul des bénéfices: .............................................................................................. 30

Conclusion ........................................................................................................................... 32 Bibliographie ........................................................................................................................ 33

3

1 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 1.1

Technologies

1.1.1 Introduction La filière de traitement d’une station de potabilisation de l’eau dépend d’une part de l’eau brute elle-même (provenance, substances contenues, qualité intrinsèque) et, d’autre part, du cadre législatif et réglementaire régissant l’eau potable. De leur côté, les procédés doivent répondre chacun à des conditions particulières qui assureront leur bon fonctionnement. Tous ces éléments doivent être pris en compte dans le choix des procédés d’une chaîne de traitements. Cette approche globale s’applique aussi bien à la conception des nouvelles stations qu’à l’agrandissement ou à la modernisation des anciennes. Les procédés de potabilisation de l’eau peuvent se classer, selon leur fonction, en prétraitement, filtration, désinfection/oxydation et traitement supplémentaire.

1.1.2 Les procédés de potabilisation 1.1.2.1 DEGRILLAGE Le dégrillage permet d’enlever les débris de dimensions intermédiaires, afin d’éviter qu’ils interfèrent avec le fonctionnement des équipements avals. Il sert également à empêcher l’accès des poissons aux ouvrages avals (poste de pompage, conduite et installation de traitement). Pour ces raisons, il doit être localisé dans le regard de rive, au poste de pompage d’eau brute ou à l’entrée de l’usine, s’il s’agit d’une alimentation gravitaire. Trois types de dégrilleurs peuvent être utilisés à cette fin : Tableau 1: Types de grilles

4

1.1.2.2 TAMISAGE OU MICRO TAMISAGE Le micro tamisage permet l’enlèvement des fines matières en suspension (MES) présentes dans l’eau à l’aide d’une toile métallique (micro tamis) à mailles très serrées. Ces dernières sont habituellement montées sur un cylindre rotatif horizontal qui est installé de façon à ce qu’il soit partiellement immergé. Un système à nettoyage automatique est requis pour éliminer les MES retenues lorsque l’eau traverse les micro tamis. Figure 1 : Tamiseur

1.1.2.3 COAGULATION La coagulation est un processus qui consiste à neutraliser les charges portées par les substances colloïdales ou dissoutes indésirables à l’aide d’un produit chimique de charge opposée, appelé coagulant, afin de faciliter leur agglomération en flocons décantables ou filtrables. Le coagulant peut être introduit dans un bassin de mélange rapide ou dans un mélangeur statique en ligne qui génèrent tous deux une violente agitation au point d’injection. 1.1.2.4 FLOCULATION La floculation est l’étape de traitement qui suit la coagulation. Elle vise à favoriser la croissance de flocs par une agitation lente et prolongée de l'eau provenant des bassins de coagulation. Elle est réalisée dans un bassin pourvu d’une unité mécanique d’agitation et implique habituellement l'ajout d'un floculant. 1.1.2.5 DECANTATION La décantation physico-chimique permet la séparation solide-liquide désirée. Elle doit obligatoirement être précédée d'une coagulation et d'une floculation en plus d’être suivie d'une filtration. L’étape de décantation est nécessaire lorsque la charge de l’eau brute est trop élevée pour permettre l’usage d’une filtration directe sans provoquer le colmatage trop rapide des filtres. 1.1.2.6 FILTRATION La filtration est la barrière ultime et obligatoire de la filière de traitement des eaux dans la majeure partie des cas. Elle vise à réaliser ou à compléter, à travers un lit filtrant, la réduction des particules en suspension, des coliformes, des virus, des parasites ainsi que la turbidité. Sans elle, plusieurs filières de traitement ne pourraient obtenir de crédits pour l’enlèvement des virus et des kystes de protozoaires.

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Filtration sur structure plane : Les particules y sont retenues par une fine surface faisant office de tamis. Le principe de séparation repose essentiellement sur des forces mécaniques. Du fait de la taille fixe de leurs pores, ces filtres établissent un seuil de séparation très précis. La perte de charge augmente exponentiellement avec l’épaisseur du rétentat. Les microtamis et les filtres à tissu sont des exemples de filtres plans. Les procédés membranaires forment là une catégorie particulière subdivisée, selon la taille des pores, en microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse.

Figure 2 : filtration sur structure plane

Filtration sur lit : Les particules sont retenues par une matrice poreuse, tant par des forces physiques que chimiques. La filtration rapide, la filtration lente sur sable et la filtration sur charbon actif en sont des exemples. L’efficacité de la filtration dépendra essentiellement des propriétés des particules (taille, forme, chimie superficielle), des propriétés du liquide ambiant (substances dissoutes, adsorption, etc.) et de celles du filtre lui-même (porosité, rapidité du flux, taille, forme, etc.). La séparation porte sur toutes les dimensions particulaires ; elle passe par une étape de transit et une d’incrustation.

Figure 3 : filtration sur lit

Filtration lente sur sable : Ce procédé permet l’extraction extensive des particules par passage de l’eau sur un lit de sable fin (~0.1 - 1 mm) à la vitesse de 0.06 - 0.3 m/h (typiquement 0.1 - 0.2 m/h).

6

Parallèlement s’y déroule une destruction de microorganismes pathogènes (par manque de nutriments, température, prédation, etc.) et se crée une activité biologique entraînant une biodégradation significative de composés organiques biologiquement assimilables (COA). On notera tout spécialement, dans ce contexte, le biofilm (ou « membrane biologique ») de quelques centimètres d’épaisseur qui se forme à la surface du filtre.

Figure 4 : filtration lente sur sable

1.1.2.7 FILTRATION MEMBRANAIRE La filtration membranaire permet l’élimination extensive de particules comme aussi de substances dissoutes. Elle est souvent utilisée comme un lavage plus poussé. Du fait de la taille prédéfinie des pores, les seuils de coupure sont extrêmement précis. On choisira le type de filtration selon l’objectif recherché : • microfiltration (MF) : diamètre des pores 0.1 - 10 µm ; élimination des particules de taille > 0.1 µm ; pression transmembranaire de 0.5 - 3 bar ; élimination de certains microorganismes (bactéries, virus, protozoaires). • ultrafiltration (UF) : diamètre des pores 1 – 10 nm ; élimination des macromolécules (composés organiques de poids moléculaire élevé), des virus, protozoaires et bactéries ; pression transmembranaire de 1 - 8 bar. • nanofiltration (NF) : diamètre des pores 0.5 - 7 nm ; élimination de molécules organiques et de certains ions (Ca2+, Mg2+) ; pression transmembranaire de 5 - 12 bar ; peut être utilisée pour adoucir l’eau et éliminer les sulfates et les nitrates (> 95 %). • osmose inverse (OI) : diamètre des pores < 1 nm ; élimination des ions (dessalement de l’eau de mer, recyclage de l’eau, etc.) ; pressions maximales de 30 - 100 bar (selon la pression osmotique).

7

Figure 5 : Différents techniques de séparation membranaire

1.1.2.8 DESINFECTION La désinfection se définit comme la destruction des microorganismes pathogènes (bactéries, virus, protozoaires) sans leur élimination physique. C’est la manière d’éviter que l’eau de boisson ne véhicule des maladies transmissibles. Dans ce contexte, la résistance de spores et autres formes de survie de certains agents pathogènes revêt une importance croissante. Dans la préparation de l‘eau potable, la désinfection est l’étape la plus fréquente, la plus importante et parfois aussi la seule. Il peut s’agir d’une désinfection basée sur l’emploi d’agents oxydants (ozone, chlore, dioxyde de chlore, etc.) ou sur celui du rayonnement UV. Mais quel que soit le moyen utilisé, le désinfectant doit pouvoir agir par contact direct avec les microorganismes pour les détruire ou les inactiver. La chloration : s’utilise pour inactiver les virus et les bactéries végétatives. En revanche, le chlore n’inactive ni les spores bactériennes ni les protozoaires. La turbidité doit être < 1 NTU, pour que les microorganismes ne soient pas protégés du désinfectant en s’agrégeant aux particules en suspension. Le dioxyde de chlore : a de bonnes propriétés désinfectantes. Il agit efficacement contre de nombreux microorganismes courants dans l’eau, notamment les bactéries et les virus ; son efficacité est par contre moins bonne contre certains protozoaires. Comparé à l’effet désinfectant du chlore, celui du dioxyde de chlore est meilleur à concentration égale. Le dioxyde de chlore est particulièrement bien adapté à la protection du réseau, du fait de sa grande stabilité dans l’eau traitée. Ozonation : L’ozone convient bien à la préoxydation et/ou à la désinfection primaire après prétraitement d’élimination des particules et de la turbidité. On ne l’utilise en général qu’associer à d’autres traitements, notamment la filtration lente sur sable, la filtration rapide ou encore le charbon actif. L’ozone est peu soluble dans l’eau ; il y est par

8

ailleurs instable et se dissocie en formant des radicaux libres OH. L’ozone ne convient pas à la protection du réseau en raison de sa courte demi-vie. Ultraviolets : Si les rayons UV constituent en tout premier lieu un mode de désinfection, ils détruisent aussi, selon leur dose, certains micropolluants. On peut également les combiner avec l’eau oxygénée (H2O2) pour oxyder d’autres substances contenues dans l’eau. Ils peuvent aussi s’utiliser sans autre traitement si la composition de l’eau brute le permet : en cas, par exemple, d’eau de nappe ou de source de très bonne qualité.

1.2

Norme marocaine qualité des eaux d’alimentation humaine NM 03.7.001 (2006)

L'eau d'alimentation humaine ne doit contenir en quantités dangereuses ni microorganismes, ni substances chimiques nocifs pour la santé ; en outre, elle doit être aussi agréable à boire que les circonstances le permettent. Les valeurs mesurées pour les paramètres figurant dans les tableaux ci-dessous ne devraient pas être supérieures aux valeurs "valeur maximale admissible" (VMA). Les eaux d'alimentation humaine doivent satisfaire aux exigences de qualité marocaines spécifiées dans les tableaux ci-dessous :

9

Tableau 2: Paramètres physico-chimiques NM 03.7.001 (2006)

10

Tableau 3: Paramètres physico-chimiques NM 03.7.001 (2006)

Tableau 4: Paramètres bactériologiques, indicateurs du fonctionnement des installations et de l'efficacité de traitement NM 03.7.001 (2006)

11

Tableau 5: Paramètres bactériologiques, indicateurs du fonctionnement des installations et de l'efficacité de traitement NM 03.7.001 (2006)

1.3

Capacité Moyenne de unités marocaines de production de l’eau potable

Les capacités moyennes de production de l’eau potable dans différentes régions du Maroc sont réparties de la manière suivante :

Tableau 6: Capacités moyennes de production de l'eau potable de différentes stations de traitement au Maroc

Station

Débit (l/s)

Marrakech

1500 l/s

Fès

1700 l/S

Tanger

2.680 l/s

Meknès

2000 l/s

Rabat

12000 l/s

Khenifra

650 l/s

Khemisset ELKansera

380 l/s

Tarfaya (dessalement)

75 m3/j

Tan-Tan (dessalement)

9 000m3/j

Dakhla (dessalement)

17 000 m3/j

Boujdour (dessalement)

7 000 m3/j

Zagoura

5 250 m3/j

Mharhar (Tanger)

950 l/s

12

Hachef (Tanger)

3300 l/s

Tanger Med (Tanger)

300 l/s

Raouz (Tetouan)

450 l/s

Torreta (Tetouan)

500 l/s

Smir (Tetouan)

800 l/s

Oued Martil (Tetouan)

500 l/s

1.4

Exemple de la station de traitement de l’eau potable EL Kansera, Khemisset

Les étapes du traitement de l’eau dans la station de traitement EL Kansera :

1.4.1 Arrivée de l’eau brute du barrage EL Kansera vers la station de traitement Les 2 conduites d’amenée d’eau brute sont reliées à la station de traitement au niveau de l’ouvrage d’arrivée. Cet ouvrage est équipé de : ❖ ❖ ❖ ❖ ❖

1 vanne à commande manuelle ∅ = 600 mm (pour la sécurité) Un débitmètre électromagnétique. Un pH-mètre. 1 turbidimètre. 1 transmetteur de pression.

1.4.2 Pré chloration La pré chloration est un procédé de traitement au chlore qui s’effectue en tête de la phase de traitement est dont le but d’oxyder des corps existants dans l’eau y compris les bactéries et les zooplanctons et les phytoplanctons. Le chlore injecté dans l’eau brute est sous forme de l’eau chlorée.

1.4.3 Aération Il s’agit d’un simple transfert gaz-liquide qui permet la réoxygénation de l’eau par l’intermédiaire de 4 cascades étagées en parallèle.

13

Figure 6: Cascades d’aération

1.4.4 Coagulation / Floculation La coagulation est la déstabilisation des particules colloïdales, afin de former des particules aisément séparables de l’eau au moyen de la sédimentation et de la filtration. Elle vise les particules colloïdales et les suspensions fines, mais également des substances dissoutes ou de grosses molécules hydrophiles en dispersion stable. Elle consiste à introduire dans l’eau un produit chimique capable de donner naissance à un précipité volumineux (flocons) très adsorbant, parmi ces produits on cite : Chlorure ferrique (FeCl3), Sulfate ferreux (FeSO4), Sulfate d’alumine (Al2 (SO4)3, 18H2O). Dans la station d’El Kansera on utilise le Sulfate d’alumine : Al2 (SO4)3, 18H2O sa dissociation dans l’eau est comme suit :

L’ouvrage de coagulation est doté de deux agitateurs rapides de l’ordre de 120 tr/min dans le but d’homogénéiser l’eau et dans le but de rendre les flocons formés lourds et plus volumineux afin de sédimenter et retenir ces flocs à la phase de décantation on injecte un adjuvant (Poly électrolyte / Alginate). La floculation est assurée par une agitation très lente de l’ordre de 40 tr/min dans le but de faire coller les flocons formés lors de la coagulation.

1.4.5 Décantation C’est l’utilisation des forces de gravité pour séparer une particule de densité supérieure à celle du liquide. Les décanteurs au nombre de 4, sont de types rectangulaires étagés, dotés de système de raclage mécanique entraîner par une chaîne ces racleurs raclent le sédiment vers une fosse dotée d’une vanne d’évacuation. Ces décanteurs sont caractérisés par un Débit de 380 l/s, une Vitesse de 1,22 m/h et deux étages dont le supérieur est de 7 x 20,5 m2 et l’inférieur est de 7 x 22,5 m2. Afin de ne pas briser les flocs dans leur transfert entre le floculateur et le décanteur, aucun obstacle ne s’oppose à cet écoulement.

14

Une chicane à la sortie du décanteur permet de ralentir l’écoulement de l’eau avant d’atteindre les filtres. Le système d’extraction de boue est constitué de deux électrovannes qui permettent la purge de boue de chaque décanteur. Cette opération est effectuée chaque 4h.

Figure 7: Décanteur

1.4.6 Filtration C’est le procédé de séparation solide liquide de finition. L’eau clarifiée, provenant des décanteurs, est ensuite filtrée sur des filtres à sables fin de granulométrie de 1 mm. Ainsi les flocs n’ayant pas été sédimentés, sont retenus à la surface des filtres. Il existe 6 filtres qui ont un débit d’eau filtrée égale à 228 m3/h/filtre et de capacité d’eau filtrée de 380 l/s.

Figure 8: filtre à sable

1.4.6.1 LAVAGE DES FILTRES Les indicateurs (pertes de charge) de colmatage renseignent l’opérateur, tout au long du fonctionnement sur l’état de colmatage du filtre. Lorsque les pertes de charge

15

atteignent la limite tolérable 1,2 à 1,5 mce, l’opérateur déclenche l’opération de lavage des filtres.

Figure 9: Filtre en cours de lavage

Figure 10: Fin de lavage

1.4.6.2 LES ETAPES DE LAVAGE DES FILTRES Lors du lavage du filtre on suit les étapes suivantes : ❖ Fermeture des vannes d’entrée (sortie des décanteurs vers les filtres). ❖ Laisser vidanger le filtre à un niveau de 20 cm au-dessus du sable. ❖ Démarrage du suppresseur (air à grand débit du bas vers le haut) pour barboter les grains du sable. ❖ Après 5 min, démarrage de pompe d’eau du lavage (eau traitée du bas vers le haut) : entraîner les impuretés à se déverser des côtés des filtres. ❖ Arrêt du suppresseur lorsque l’eau du lavage atteint le seul de débordement. ❖ Arrêt de la pompe de lavage après avoir une eau nette dans le filtre.

16

1.4.6.3 RECYCLAGE DE L’EAU DE LAVAGE : L’eau de lavage des filtres, étant de qualité meilleure que l’eau brute, est récupérée dans une bâche de 417m3 et réinjectée à l’amont grâce à deux pompes immergées.

1.4.7 Chloration 1.4.7.1 INJECTION DE L’EAU CHLOREE ❖ ❖ ❖ ❖

La pré chloration de l’eau brute est assurée au niveau des cascades d’aération. Une deuxième injection du chlore est effectuée à la sortie des décanteurs. La post chloration de l’eau traitée est effectuée au niveau des réservoirs 2*910 m 3. Une correction du chlore de l’eau traitée est assurée à la station de reprise pour améliorer le taux du chlore résiduel de l’eau avant distribution.

1.4.8 Refoulement de l’eau traitée Le refoulement de l’eau traitée produite par la station de traitement est assuré à partir de la station de pompage SP1. La SP1, de débit nominal 380 l/s, est située dans le même site que la Station de traitement et comprend 5 GEP (groupe éléctopompe).

1.4.9 Les principaux réactifs utilisés dans la station de traitement EL Kansera Un réactif est une substance ajoutée à l’eau potable ou à l’eau brute lorsqu’elle est en cours de traitement, de désinfection ou de stabilisation. Rôle de première importance : désinfectants, coagulants, stabilisants. ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖

Les réactifs qui sont utilisés sont : WAC/PAC et Sulfate d’alumine sont utilisés pour la coagulation. Alginate/polyélectrolyte utilisé pour la floculation. Charbon actif pour élimination des odeurs et de la couleur. KMno4 utilisé pour la déferisation et la démanganisation. Hypochlorite de sodium NaCIO utilisé comme désinfectant, sous une forme liquide, sa teneur est de 1°→ 3,17g de chlore actif.

17

2 DIMENSIONNEMENT D’UNE STATION DE TRAITEMENT DES EAUX POTABLES REPONDANT AU BESOIN DES VILLES AZILAL ET AFOURAR Le choix de la station est porté sur l’alimentation en eau potable de la population de Azilal et Afourar, vu la disponibilité d’un grand barrage Bin EL Ouidane de capacité 1384 millions de m3.

2.1

Calcul de débit de production nécessaire pour la satisfaction des besoins en eau de la population

Le débit calculé à l’horizon est de 3220 l/s, on a choisi de dimensionner la station avec un débit de production de 1500l/s et prévoir dans les années à suivre l’installation d’une extension de la station d’un débit de 1500l/s. Désignation Population totale (hab) Taux d'accroissement (%)

2014

2018

2028

2038

2048

2058

2068

550 678

571677

627746

689314

756920

831157

912675

0,94%

0,94%

0,94%

0,94%

0,94%

0,94%

Taux de branchement (%)

80%

85%

90%

95%

100%

100%

100%

Population. Branchée (hab)

440542

485926

564971

654848

756920

831157

912675

Population non Branchée (hab)

110 136

85 752

62 775

34 466

0

0

0

Population. Branchée (L/J/Hab)

60

65

70

75

80

85

90

Population non Branchée (hab)

18

16

14

12

8

4

0

Besoin Administratif (L/J/Hab)

35

40

45

48

50

52

55

Besoin Touristique (L/J/Hab)

38

40

45

47

50

55

60

cons.pop.branchée (L/J)

26432544

31585169,4

39547996

70648325

82140710,9

cons.pop.non branchée (L/J)

1982441

1372025

878844

413588

0

0

0

cons.administrative (L/J)

19273730

22867091

28248569

33087060

37845996

43220152

50197101

cons.touristique (L/J)

20925764

22867091

28248569

32397746

37845996

45713622

54760474

68614478,8 78691376,8 96923977,5 115011998

136245587

159582099

187098286

Consommation Totale (L/J)

49113604,1 60553594,3

Rendement d'adduction (%)

95%

95%

95%

95%

95%

95%

95%

Rendement de distribution (%)

92%

92%

92%

92%

92%

92%

92%

Rendement Global (%)

87%

87%

87%

87%

87%

87%

87%

Débit Moyen (l/s)

794,14906

910,779824 1121,80529 1331,15738 1576,91652 1847,01503

2165,48942

Q.de pointe journalier (l/s)

1032,39378 1184,01377 1458,34688 1730,50459 2049,99147 2401,11954

2815,13625

Q.production (l/s)

1181,22858 1354,70683 1668,58911 1979,98237

3220,97969

2345,528

2747,27636

Coefficient journalier 1,3 Tableau 7: calcul de débit nécessaire de production de l’eau potable à l'horizon 2068

18

2.2

Filière de traitement

La filière est conçue, pour traiter une eau chargée en MES à 2 g/l, et produire une eau traitée, avec un débit de 1500 l/s ; elle comprend, essentiellement, les ouvrages de traitement suivants : ❖ Un système de réglage, et de mesure de débit d’eau brute ; ❖ Ouvrage de répartition de débit (1500 l/s d’eau traitée) ; ❖ Trois mélangeurs rapides, d’un volume unitaire de 49 m3 chacun ; ❖ Trois floculateurs, d’un volume de 648 m3 chacun, ❖ Six décanteurs lamellaires, d’une surface au miroir de 150 m2 chacun, ❖ Six filtres à sable rapide, de 200 m2 chacun, ❖ Un ensemble d’ouvrages, pour le traitement des boues ; ❖ Un Réservoir de stockage de l’eau filtrée et désinfectée, eau potable à distribuer au niveau des réseaux de distribution. ❖ Un bâtiment des réactifs, comprenant les ouvrages et les équipements de préparation et d’injection des réactifs suivants : •

Le chlore gazeux, pour le pré et post chloration,

•

Le sulfate d’alumine,

L’ensemble des équipements est dimensionné pour un débit d’eau traitée de 1500 l/s.

2.2.1 Qualité de l’eau brute L’eau brute du barrage Bin El Ouidane présente les caractéristiques principales suivantes : ❖ Faible charge en MES et turbidité ; ❖ Eau peu à moyennement minéralisée ; ❖ Déficit en oxygène dissous, dans les couches dépassant les 15 m de profondeur, par rapport à la surface ; ❖ Masse algale relativement faible moyennes annuelles de chlorophylle. Pour la potabilisation de cette eau, un traitement physico-chimique poussé a été choisi, notamment par aération, Peroxydation éventuelle, coagulation, floculation, décantation, filtration, et désinfection.

2.2.2 Débit d’eau brute Le débit d’eau potable, à produire par la station de traitement, est de 1500 l/s. Pour le calcul du débit d’eau brute, nécessaire à la production du débit d’eau traité de 1500 l/s, il faut se baser sur le rendement des ouvrages de traitement, et qui est de l’ordre de 92 %, soit une perte globale en eau brute de 8%.

19

La perte en eau de 8% doit correspondre logiquement, à une perte en eau au niveau des filtres de 2%, et de 6% au niveau des décanteurs (données de la littérature). Le débit d’eau brute étant donc de 1500 x 1.08, soit 1620 l/s.

2.2.3 Dimensionnement des ouvrages de traitement 2.2.3.1 SYSTEME D’AERATION Les aérateurs par cascade : • Ce procède consiste à reproduire en milieu contrôlé l'effet naturel d'aération provoquée par une cascade ou une chute d'eau en rivière • On obtient cette turbulence en faisant couler l'eau sur un plan incliné muni de paliers, chicanes ou d'obstacles. Caractéristiques techniques de la cascade : − − − −

Hauteur de palier Largeur de palier Charge linéique Hauteur totale de la cascade

: : : :

0.70 m 0.80m 35 m3/ h /ml (mètre linéaire) 2.80 m

:

𝑯𝒂𝒖𝒕𝒆𝒖𝒓 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒂𝒔𝒄𝒂𝒅𝒆(𝒎)

− Nombre de marches − Débit d’eau brute − Longueur de la cascade

𝑯𝒂𝒖𝒕𝒆𝒖𝒓 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒍𝒊𝒆𝒓 (𝒎)

= 280 / 70 = 4 marches

: 1620 (l/s) x 3.6 = 5832 m3/h :

𝒎𝟑 𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒅′ 𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 ( ) 𝒉 𝒎𝟑 𝑪𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆 𝒍𝒊𝒏é𝒊𝒒𝒖𝒆( 𝒉 ) 𝒎𝒍

= 5832 / 35 = 167 ml (mètre linéaire)

− Surface d’échange gaz – eau : 𝒍𝒐𝒏𝒈𝒖𝒆𝒖𝒓 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒂𝒔𝒄𝒂𝒅𝒆 (𝒎𝒍) ∗ 𝒍𝒂𝒓𝒈𝒆𝒖𝒓 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒍𝒊𝒆𝒓 (𝒎)= 167 x 0.80 = 134 m2 − Surface au sol du bassin d’aération : On prend une largeur de 4 m et une longueur de 4.5m ce qui donne une surface 18 m2 2.2.3.2 OUVRAGE GENERAL DE REPARTITION L’ouvrage de répartition est conçu pour un débit d’eau traitée de 1500 l/s, avec une eau chargée à 2 g/l. Le débit d’eau brute retenu est de 1620 l/s. 2.2.3.3 MELANGEURS RAPIDES (COAGULATEUR) : Critères de conception ❖ Le temps de séjour dans le coagulateur varie de 10 s à 120 secondes. ❖ Chaque coagulateur est équipé d’un agitateur rapide à hélice qui devra assurer un gradient de vitesse compris entre 400 et 1000s-1 en vue d’assurer le mélange eauréactifs. ❖ La puissance absorbée (dissipée) par le moteur alimentant le groupe électroagitateur à hélice, est définie par la formule suivante : 𝑮 = 𝑲√𝑷⁄𝑽 Où :

20

▪

P : Puissance dissipée en Watt.

▪

G : gradient de vitesse en s-1 ;

▪

K : Coefficient en fonction du liquide (eau à 20°C ; K=31,5)

▪

V : volume de l’eau en m3

▪

η : Rendement du groupe (moteur et transmission);

Dimensionnement : On a opté pour trois mélangeurs rapides de caractéristiques suivantes : − Types de mélangeurs − Nombre − Débit unitaire Q/3

: : :

A hélice Trois

𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒅′𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒍/𝒔)

Qu= 𝒏𝒐𝒎𝒃𝒓𝒆 𝒅𝒆 𝒎é𝒍𝒂𝒏𝒈𝒆𝒖𝒓𝒔 =1620 / 3 = 540 l/s − − − −

(1944 m3/h)

Temps de contact (séjour) : 90 secs Gradient de vitesse : 700 s-1 GT (700 x 90) : 63000 Volume unitaire : 𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆(𝒎𝟑/𝒉)∗𝑻.𝒔é𝒋𝒐𝒖𝒓(𝒔)

Vu=

𝟑𝟔𝟎𝟎

= (1944 x 90) / 3600 = 48.60 m3 soit 49 m3

− Dimensions : L*l*H = 3.5 x 3.5 x 4m − Puissance d’agitation dissipée : 𝑮

𝟐

P =(𝟑𝟏.𝟓) ∗ 𝑽 = (700/31.5)2 x49 / 1000 = 24.20 KW − Puissance électrique consommée :

𝑷

P = 𝛈=18 / (0.9 x 0.7)

= 38.42 KW

Le rendement, du moteur et de transmission, étant pris respectivement égal à 90% et 70%

2.2.3.4 FLOCULATEURS Critères de conception En tout temps, le bassin, le système d'agitation là où requis et les équipements connexes doivent être conçus pour : ❖ Assurer une bonne distribution de l'eau ; ❖ Éviter le bris du floc (vitesse d'extrémité de pale inférieure à 0,6 et à 1,2 m/s respectivement pour un floc fragile et un floc fort) ; ❖ Assurer le temps nécessaire pour la floculation (de 6 à 30 min); ❖ Éviter la déposition du floc dans le bassin (G > 10 s-1) ❖ La profondeur du bassin ne devrait pas excéder cinq mètres en raison des courants instables parfois induits dans le bassin au-delà de cette profondeur. ❖ Le temps de rétention varie selon la technologie et le conditionnement utilisés. ❖ Lorsqu' aucun floculant n'est utilisé, le temps de floculation doit être de 30 min ;

21

❖ Lorsqu’un floculant est utilisé, le temps de floculation est habituellement réduit de moitié ; et lorsqu'un floculant et un microsable sont utilisés, le temps de floculation peut être abaissé jusqu'à 6 min. ❖ Une floculation trop longue conduit à la destruction progressive du floc. La puissance absorbée (dissipée) par le moteur alimentant le groupe électro-agitateur à hélice, est définie par la formule suivante : 𝑮 = 𝑲√𝑷⁄𝑽 Où ▪ P : Puissance dissipée en Watt. ▪

G : gradient de vitesse en s-1 ;

▪

K : Coefficient en fonction du liquide (eau à 20°C ; K=31,5)

▪

V : volume de l’eau en m3

η : Rendement du groupe (moteur et transmission); Dimensionnement : On a opté pour trois floculateurs de caractéristiques suivantes : -

Nombre Débit Q / 3

: : 𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒅′ 𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒍/𝒔) 𝒏𝒐𝒎𝒃𝒓𝒆 𝒅𝒆 𝒎é𝒍𝒂𝒏𝒈𝒆𝒖𝒓𝒔

-

-

Temps de séjour Gradient de vitesse variable Volume unitaire Vu=

-

: :

3 = 1620 /3 = 540l/s (1944 m3/h) 20 min 50 S-1< G < 90 S-1

:

𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆(𝒎𝟑/𝒉)∗𝑻.𝒔é𝒋𝒐𝒖𝒓(𝒎𝒊𝒏) 𝟔𝟎

Dimension P min

: : 𝑮

𝟐

𝑮

𝟐

(1944 x 20) / 60 = 648 m3

L*l*H = 12 x 12 x 4.5 m

P min = (𝟑𝟏.𝟓) ∗ 𝑽= (50/31.5)2 x 648 / 1000 = 1.63 KW -

P max

: P max = (𝟑𝟏.𝟓) ∗ 𝑽 = (90/31.5)2 x 648 / 1000 = 5.29 KW

-

P max aux bornes du moteur

𝑷

: P =𝛈=5.29 / (0.70 x 0.90) = 8.39 KW

2.2.3.5 DECANTATION LAMELLAIRE L'amélioration des décanteurs horizontaux passe par une évacuation du dépôt de boues plus rapide. Pour cela il suffit que la surface sur laquelle le floc se dépose soit inclinée pour que ce dernier puisse glisser vers le bas au fur et à mesure. D'où la réalisation de modules lamellaires insérés dans un décanteur, dont la surface S (L x l) de chaque lamelle devient une surface de décantation, l'angle d'inclinaison étant un des éléments importants de ce système.

22

N.B : dans ce type d'ouvrage, il faut distinguer la vitesse de Hazen vraie, qui est celle relevée dans le décanteur élémentaire formé par deux lamelles successives, de la vitesse apparente, qui est celle rapportée au plan d'eau libre de l'ouvrage. Critères de conception et hypothèses : Qu=

𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒅′ 𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒍/𝒔)

▪

Débit d’alimentation :

▪ ▪ ▪

Vitesse apparente* : 6.5 m/h ; Angle d’inclinaison des plaques lamellaires** : 60° ; Vitesse réelle de décantation (Hazen) : 0.6m3/h/m2

𝒏𝒐𝒎𝒃𝒓𝒆 𝒅é𝒄𝒂𝒏𝒕𝒆𝒖𝒓𝒔

=1620/6=270 l/s (972m3/h)

* : C’est le rapport du débit d’alimentation sur la surface (au miroir) du faisceau lamellaire (c'est-à-dire la vitesse au miroir ou vitesse apparente). Le Cahier des clauses Techniques générales au traitement de l’eau potable ; CCTG ‘‘Traitement’’ de l’ONEE préconise une vitesse (au miroir), entre 6 et 7 m/h. ** : Une plaque lamellaire a un profil trapézoïdal (ou semi-hexagonal) alterné et la pose (ou la fixation) de deux (2) plaques lamellaires successives génère des décanteurs élémentaires de section hexagonale. Ces décanteurs élémentaires constituent un faisceau lamellaire, ayant une structure de la forme d’un ‘‘nid d’abeilles’’. Une plaque lamellaire est constituée de lamelles commerciales ’’standard’’, accrochées (ou agrafées) entre elles, selon la largeur du décanteur. Il faut que la vitesse d’admission des eaux floculées dans l’ouvrage, soit inférieure à 0,2 m/s (Vad < 0,2 m/s, pour que les flocs ne se brisent pas). Dimensionnement :

-

Nombre de décanteurs Débit unitaire Vitesse au miroir choisie

: 6 : 972 m3/h : 6.5 m/h

Surface au sol (au miroir)

:

𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆 (𝒎𝟑/𝒉) 𝑽𝒊𝒕𝒆𝒔𝒔𝒆 𝒂𝒖 𝒎𝒊𝒓𝒐𝒊𝒓 (𝒎/𝒉)

= 972 / 6.5 = 149.5 m2 on prend 150 m2

- Dimensions retenues - Vitesse au miroir réelle

: L*l= 12.5 x 12 m :

𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆 (𝒎𝟑/𝒉) 𝑺𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒂𝒖 𝒎𝒊𝒓𝒐𝒊𝒓 𝒄𝒉𝒐𝒊𝒔𝒊𝒆

= 972/162.5 = 6.48 m/h

- Vitesse réelle de décantation (Hazen) : 0.6 m3/h/m2 𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆 (𝒎𝟑/𝒉) - Surface lamellaire : 𝑽𝒊𝒕𝒆𝒔𝒔𝒆 𝒅𝒆 𝒉𝒂𝒛𝒆𝒏 (𝒎/𝒉)= 972 / 0.6 = 1620 m2 - Temps de séjour dans le décanteur - Volume utile

: 1,30 h

- Hauteur utile de l’eau

:

: 𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆(𝒎𝟑/𝒉) ∗ 𝑻. 𝒔é𝒋𝒐𝒖𝒓(𝒉)= 972 x 1.30 = 1264 m3 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒆 (𝒎𝟑)

=1264 / 150 = 8.43 m

𝑺𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒂𝒖 𝒎𝒊𝒓𝒐𝒊𝒓(𝒎/𝒉)

23

- Vitesse entre lamelles - Temps de séjours entre lamelles - Hauteur des lamelles

: 1.2 m/h : 1h : 𝑽𝒊𝒕𝒆𝒔𝒔 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒆 𝒍𝒂𝒎𝒆𝒍𝒍𝒆𝒔 (𝒎/𝒉) ∗ 𝑻. 𝒔é𝒋𝒐𝒖𝒓(𝒉)=1.2 x 1 = 1.20 m Inclinaison des lamelles : 60° Largeur d’une lamelle : 0.80m Nombre de lamelles :

-

𝑺𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒍𝒂𝒎𝒆𝒍𝒍𝒂𝒊𝒓𝒆 (𝒎𝟐) 𝑯𝒂𝒖𝒕𝒆𝒖𝒓 𝒅𝒆 𝒍𝒂𝒎𝒆𝒍𝒍𝒆 (𝒎)∗𝒍𝒂𝒓𝒈𝒆𝒖𝒓 𝒅𝒆 𝒍𝒂𝒎𝒆𝒍𝒍𝒆 (𝒎)∗𝐜𝐨𝐬 (𝜽)

=1620 / (0.80 x 1.2 x cos60) = 3375

lamelles 2.2.3.6 FILTRES DE SABLES Les micro-flocs, qui échappent à la décantation, sont retenus au niveau du matériau filtrant (sable), contenu dans le filtre. Critères de conception : • • • •

• • • •

La filtration sera monocouche, et sur sable homogène, dont la granulométrie sera choisie dans l’intervalle : 0,5 - 1,5 mm. Le coefficient d’uniformité du sable ne doit pas dépasser la valeur de 1,6. La couche de sable aura une épaisseur comprise entre 0,8 et 1,2m. Le niveau normal du sable doit être repéré en quatre endroits du filtre par des repères en acier inoxydable, scellés et peints. La perte annuelle de sable ne dépasse pas 2%. La filtration sera à courant descendant. L’alimentation des filtres sera assurée par un canal collectant les eaux décantées émanant de tous les décanteurs. La Vitesse de filtration ne doit pas dépasser 5 m³/m².h (ONEE-CCTG) et celle durant le lavage d’un filtre ne doit pas dépasser 9, 50 m 3/m2. h. La durée maximum d’un cycle de filtration ne dépassera pas 24 heures.

Dimensionnement : On a opté pour six filtres de caractéristiques suivantes : -

Type Construction Surface filtrante unitaire Débit +2% fuites Surface filtrante

: Filtration rapide sur sable ; : Béton armé ; : 200 m2 : (1500 + (1500 x 0.02)) x 3.6 = 5508 m3/h :

𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒅"𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒎𝟑/𝒉) 𝑽𝒊𝒕𝒆𝒔𝒔𝒆 𝒅𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 (𝒎/𝒉)

-

Nombre de filtres

= 5508/5 = 1101.6 m2 :

𝑺𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆 (𝒎𝟐) 𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆 (𝒎𝟐)

-

=1101.6 / 200 = 6 filtres

Surfaces réelle de filtration : 𝑵𝒐𝒎𝒃𝒓𝒆 𝒅𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒆 ∗ 𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒏𝒓𝒆 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆(𝒎𝟐) = 6 x 200 = 1200 m2

24

-

Vitesse de filtration réelle 𝑫é𝒃𝒊𝒕

𝒅′𝒆𝒂𝒖

: 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒎𝟑/𝒉)

𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒓é𝒆𝒍𝒍𝒆 𝒅𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 (𝒎𝟐)

-

= 5508/1200 = 4.59 m/h

Vitesse de filtration (un filtre en lavage) : 𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒅′ 𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒎𝟑/𝒉) 𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒓é𝒆𝒍𝒍𝒆 𝒅𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏(𝒎𝟐)−𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆 𝒖𝒏𝒊𝒕𝒂𝒊𝒓𝒆 (𝒎𝟐)

-

m/h Dimensions

-

Hauteur de la couche filtrante (sable)

-

Granulométrie du sable

-

Coefficient d’uniformité (CU) du sable

: < 1,6

-

Hauteur de la couche support (gravier)

: 0,10 m

-

Hauteur d’eau au-dessus du sable

-

Nombre de buselures

-

Type de lavage

-

Perte de charge max par encrassement

-

Mode de lavage Débit d’air de décolmatage Débit d’eau de lavage Débit d’eau pour le rinçage

= 5508/ (1200 – 200) = 5.51

: L*L= 14.30 x 14 :

0,90 m

: 0,95 mm

: 0,60 m : 50 unités/m² ; soit : 10000 unités : Contre-courants d’air et d’eau. :

1,28 mce*

: Automatique. : 55 m3/h/m2 : 8 m3/h/m2 : 20 m3/h/m2

* Le seuil de perte de charge approximative, qui actionne le lavage d’un filtre, est estimé comme suit : ΔP = H eau + (H sable x 0,75*) = 0,60 + (0,90 x 0,75) = 1,28 m La littérature recommande que le front de filtration atteigne au maximum les ¾ de la couche filtrante, qui est d’une épaisseur de 0,90 m pour le présent projet. Les parois du filtre seront traitées par une résine lisse, afin d’éviter une éventuelle prolifération algale. La turbidité maximale de l’eau filtrée sera de l’ordre de 0,5 NTU et la durée, entre deux lavages du même filtre (ou cycle de filtration), sera (au maximum) de l’ordre de 24 heures. L’eau, produite par les 6 filtres, est recueillie dans un nouveau collecteur des eaux filtrées. Ces eaux filtrées sont acheminées vers le réservoir existant de stockage de l’eau produite, de capacité 1700 m³. 2.2.3.7 RESERVOIR D’EAU TRAITEE La capacité de stockage de l’eau potable pour un débit de 1500l/s d’après différents exemples de station marocaine est de 1700 m³.

25

2.2.3.8 TRAITEMENT DES BOUES a. Bâche tampon des boues des décanteurs La bâche tampon, réalisée pour recevoir les eaux sales des décanteurs, a une capacité de 525 m3, elle est évaluée sur la base des données, ci-dessous :

- Débit d’eau brute - Débit d’eau brute journalier - MES -

: 5832 m3/h : 5832 x 24 = 139 968 m3/j : 150 mg/l (données estimées

en fonction de la littérature scientifique) Taux de traitement en AL2SO4 : 30 mg/l (données estimées en fonction de la littérature scientifique) K : Coefficient de transfert (25%) Concentration des boues extraites des décanteurs* : 2 g/l (données estimées en fonction de la littérature scientifique)

* la littérature scientifique mentionne une teneur des boues de l’ordre de 2 à 5 g/l, lorsque l’eau brute est faiblement chargée en MES, valeur prise en considération pour l’estimation de la charge massique. La quantité de boue, produite quotidiennement, est donnée par la relation suivante : W = Q* (Tmes + k. β) / 1000

-

W : Quantité journalière des boues en Kg/J Q : débit journalier d’eau brute m³/j Tmes : taux de MES dans l’eau brute : 15 g/m3 K : Coefficient de transfert : 0.25 Β : Dosage moyen d’AL2SO4 : 30 g/m3 W = (5832 x 24)*(15 + 0.25 x 30) / 1000 = 3149.3 Kg/j

Quantité, pour une autonomie de fonctionnement de 8 h W = 3149.3 x 8 / 24 = 1049.76 kg/j, soit environ 1050 kg/j. Volume journalier rejeté, pour une concentration maximale en boue de 2 g/l maximum V j = 1050(kg/j )/ 2 (g/l) = 525 m3. Le volume, pour une autonomie de 8h de fonctionnement à prévoir, est de 525 m3.

b. Dimensionnement du décanteur (Epaisisseur) Pour cet ouvrage, il sera opté pour un décanteur circulaire, vu qu’il permet une meilleure collecte, et un bon épaississement des boues, contrairement au décanteur

26

rectangulaire, qui a besoin d’un racleur longitudinal immergé ou des conduites de collecte perforées, sujettes souvent à des colmatages. Le dimensionnement de l’épaississeur est défini sur la base des critères suivants : •

La vitesse de hazen : 1.20 m3/h/m2 ;

•

Le temps de séjour : 1h30 ;

•

Le diamètre de la jupe centrale : 3m.

-

Débit à traiter Vitesse de Hazen

: 66 m3/h =18.23 l/s : 1.20 m3/h/m2

-

Surface horizontale

-

Surface jupe centrale d’épaississement de boues

𝒍

𝑫é𝒃𝒊𝒕 à 𝒕𝒓𝒂𝒕𝒆𝒓 ( )∗𝟑,𝟔

𝒔 2 : S1 = 𝒗𝒊𝒕𝒆𝒔𝒔𝒆 𝒅𝒆 𝑯𝒂𝒛𝒆𝒏 𝒎 =18.23 x 3.6) / 1.20 = 55 m ( ) 𝒉

S2 = -

:

= (3.14 x 32)/4 = 7.1 m2 : S =S1+S2= 55 + 7.1 = 62.1 m2 :

𝟒∗𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 (𝒎𝟐) 𝝅

Temps de séjour Volume 𝑫é𝒃𝒊𝒕 à 𝒕𝒓𝒂𝒊𝒕𝒆𝒓 (

-

𝟒

Surface totale Diamètre de l’ouvrage D=√

-

𝝅∗𝑫^𝟐

=√ (4 x 62.1) / 3.14 = 8.89 m on adoptera 9 m : 1h 30 :

𝒎𝟑 𝒉

) ∗ 𝑻𝒆𝒎𝒑𝒔 𝒅𝒆 𝒔é𝒋𝒐𝒖𝒓 (𝒉)= 66 x 1.30 = 85.8 m3 =86m3

Hauteur moyenne de l’ouvrage

:

𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 (𝒎𝟑) 𝑺𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆 (𝒎𝟐)

= 86/62.1 = 1.40 m

c. Lits de séchage Sur la base des critères de conception suivants : •

Masse totale de boue : 3149.3 Kg/j,

•

Charge spécifique du lit en boue à sécher : 25 kg MES/m²/cycle,

•

Cycle de séchage : 40 jours (5 jours de remplissage- décantation- filtration, 30 jours de séchage et 5 jours de curage),

La surface du lit de séchage, nécessaire pour une production de boue moyenne journalière de 3149.3 kg/j, pour un cycle de séchage de 40 jours et une charge massique de 25 kg / MES/m2/cycle, est de : (3149.3 x 40) / 25 = 5048 m2 On utilisera 5 lits de séchage de capacité 1010m2 chacun.

27

2.2.3.9 REACTIFS a. Chloration ❖ Préchloration : Le chlore réagit instantanément avec l’eau brute et la préchloration a pour objectif principal d’éviter la prolifération du plancton (notamment les algues) dans les ouvrages hydrauliques de traitement. Elle contribue aussi à la coagulation-floculation des particules générant la turbidité, en oxydant les matières organiques adsorbées sur les MES. En outre, elle réduit la charge bactérienne présente dans l’eau brute, comme elle oxyde aussi le fer, le manganèse et l’hydrogène sulfuré H2S, éventuellement dissous dans l’eau brute. Pour rappel, le chlore pourra être injecté sous forme d’eau chlorée, comme suit : •

Soit au sein des ouvrages du mélangeur rapide,

•

Eventuellement, au sein du canal d’eau décantée (alimentant les filtres), pour une préchloration complémentaire (ou intermédiaire).

Le taux maximum de dosage, pris en compte pour le dimensionnement des chloromètres, est de 10 mg/l (donnée pris de la littérature scientifique). A cet effet, la capacité horaire maximum de consommation de chlore, pour la préchloration du débit d’eau brute de la station, est de : 𝒍

𝒈

Chlore = 𝒅é𝒃𝒊𝒕 𝒅′ 𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒔) ∗ 𝟑. 𝟔 ∗ 𝒕𝒂𝒖𝒙 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒖𝒎 𝒅𝒆 𝒅𝒐𝒔𝒂𝒈𝒆(𝒎𝟑)= 1620 l/s x 3,6 x 10 g/m³ = 58320 g/h, soit = 58,32 kg/h ≈60kg/h A cet effet, il est nécessaire de disposer de trois (3) chloromètres de capacité unitaire 20 kg/h. ❖ Désinfection finale L’eau, produite par la Station de traitement doit être bactériologiquement potable, et c’est pour cela qu’il est prévu sa désinfection finale. Le point d’injection de l’eau chlorée est situé dans le collecteur alimentant le réservoir de stockage final. Pour un taux maximum de dosage de 3,0 mg/l de chlore (données pris de la littérature scientifique), la capacité horaire maximum de consommation pour cette désinfection finale est de : 𝒍 𝒈 Chlore = 𝒅é𝒃𝒊𝒕 𝒅′ 𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒔) ∗ 𝟑. 𝟔 ∗ 𝒕𝒂𝒖𝒙 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒖𝒎 𝒅𝒆 𝒅𝒐𝒔𝒂𝒈𝒆(𝒎𝟑)= 1500 l/s x 3,6 x 3 g/m³ = 16200 g/h.

28

❖ Sulfate d’alumine Sulfate d’alumine (S.A), utilisé pour la déstabilisation des matières colloïdales et faciliter leurs rassemblements sous forme de floc. Pour un taux maximum de dosage de 30 mg/l de coagulant (données pris de la littérature scientifique), la capacité horaire maximum de consommation de coagulant est : 𝒍

𝒈

S.A = 𝒅é𝒃𝒊𝒕 𝒅′ 𝒆𝒂𝒖 𝒃𝒓𝒖𝒕𝒆 (𝒔) ∗ 𝟑. 𝟔 ∗ 𝒕𝒂𝒖𝒙 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒖𝒎 𝒅𝒆 𝒅𝒐𝒔𝒂𝒈𝒆(𝒎𝟑)= 1620 l/s x 3,6 x 30 g/m³ = 174960 g/h=175kg/h

3 CALCUL DE COUT : 3.1

Investissement

Le calcul porte sur le prix des ouvrages en tenant compte de l’aspect génie civil et les équipements nécessaires selon le besoin de chaque ouvrage. Tableau 8: Calcul du cout d'investissement

Génie civil

Equipements

3.2

Ouvrages Répartiteur de débit

Quantité 1

Mélangeur Rapide

3

Floculateur Décanteur lamellaire Filtre à sable Ouvrages de traitement des boues (Bâche, décanteur, lit de séchage) Réservoir de stockage d'eau traitée Bâtiment de réactifs

3 6 6 3 1 1 Selon le besoin de chaque ouvrage

Equipements nécessaires (pompes, chloromètres,..)

Prix total (DHS)

65000000

Calcul des coûts d’exploitation

Le calcul porte sur les charges nécessaires pour le fonctionnement correct de la station de traitement d’eau potable.

29

Tableau 9: coûts relatifs aux salaires des employés

Personnel

Effectif

Chef station Techniciens qualité de l’eau (laboratoire)

1 2 1 1 10 2 2

Technicien de maintenance Technicien d’exploitation Agents de productions Agents de maintenance Gardiens.

Salaire total mensuel (DHS) 12000 13000 6500 6500 45000 9000 9000

Salaire net unitaire (DHS) 12000 6500 6500 6500 4500 4500 4500 Total des salaires

Salaire total annuel (DHS) 144000 156000 78000 78000 540000 108000 108000 1212000

Tableau 10: prix total des réactifs chimiques utilisés

Dose Volume moyen produit (mg/l) d’eau potable par mois (m3) Chlore (pré) Chlore (désinfectio n) Coagulant

Consommation moyenne (kg)

Prix unitaire (DHS)

Prix réactif total (DHS)

10

3942000

39420

9,5

374490

3

3942000

11826

9,5

112347

30

3942000

118260

3,85

455301

Tableau 11: prix de volume de l'eau brute acheté

Volume d'eau brute acheté par mois (m3) 4257360

Prix unitaire (DHS) du m3 0,2

Prix total par mois (DHS) 851472

Prix total par an (DHS) 10217664

Tableau 12: prix moyen estimé de l'exploitation de la station

Mensuel Annuel Coûts d'exploitation (DHS) 500000 6000000

3.3

Calcul des bénéfices:

Le prix du m3 d’eau potable produit se calcule de la façon suivante : Prix (m3)=Prix d’achat d’eau brute par m3 (Dhs)+Prix d’exploitation de la station (utilisation des réactifs) (Dhs) +Prix de la maintenance de la station (Dhs) ➢ Le prix de l’eau brute (généralement au Maroc): 0,20 DHS. ➢ Le prix exploitation en fonction des réactifs = prix annuel des réactifs/volume annuel d’eau potable produit : 1,50 DHS ➢ Prix de la maintenance (données difficiles à trouver), on l’a estimé à un 1,50DHS

30

Le prix total d’un m3 produit est 3,20 DHS hors taxe. Le m3 produit par an est =1500l/s*3,6*24*365= 47304000 m3/12= 3942000 m3

Tableau 13: calcul des bénéfices de vente de m3 produit d'eau potable

Volume d'eau traitée Prix unitaire (DHS) vendu par mois (m3) du m3 3942000

Prix total par mois (DHS)

Prix total par an (DHS) HT

12614400

151372800

3,2

Le calcul du cash-flow actualisé gagné est donné dans le tableau ci-dessous pour la première année de production : Année Chiffre d’affaire Charges

1 151372800

(Variable et fixe)

28735320 1300000 121337480

Amortissement Résultat Brut Impôts sur les bénéfices (31%) Résultat Net Cash-flow Cash-flow actualisé

37614618,8 83722861,2 85022861,2 58636456

La somme du cash-flow rentabilisé durant la première année de production d’eau potable de cette station est : 58636456 DHS.

31

CONCLUSION L’objectif de ce mini-projet est le dimensionnement d’une station de production de l’eau potable pour la population d’Azilal et Afourar à travers le recours à une filière de traitement classique : coagulation-floculation-décantation-filtration. En effet, nous avons trouvé des résultats intéressants à travers laquelle la station peut produire jusqu’au 3942000m3 d’eau potable par mois économique et générer un cashflow actualisé total de 58636456 DHS Ce mini-projet a été très bénéfique, on a pu développer les notions techniques et théoriques enseignés durant le cours de traitement des eaux, et aussi faire une bibliographie plus pointue sur le dimensionnement des stations de traitement d’eau potable.

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BIBLIOGRAPHIE ❖ BENNAJAH.M, cours de traitement des eaux. ❖ BESSEDIK.M , Cours traitement de l’eau 2, 349p. ❖ DGCL,2015, monographie Générale de la region Beni Mellal-Khenifra, 56p. ❖ EL GHOMRI.F,2010,PFE : contrôle de la qualité de l’eau à la station de traitement EL Kansera,Khemisset , 90p. ❖ OFSP Suisse,2010, Procédés reconnus destinés au traitement de l’eau potable,107p. ❖ ONEE,2012, Cahier des clauses techniques générales relatives aux marchés de travaux d’eau potable tome traitement ,40p. ❖ Norme

marocaine

NM03.7.001,2006,

qualité

des

eaux

d’alimentation

humaine,13p.

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