1. Introduction Présentateur: Matéo. A l’ordi: Quentin. Plan
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TPE 1ereS5 Script du TPE 1.IntroductionPrésentateur: Matéo. A l’ordi: Quentin.2.PlanPrésentateur : Matéo. A l’ordi : Quentin.Dans la station, l’épuration suit plusieurs étapes. On peut diviser ces étapes en catégories:
Dans notre présentation, nous aborderons les étapes dans un ordre thématique. La chronologie de la présentation ne suit donc pas exactement la chronologie des procédés de la station. 3.Introduction traitement physiquePrésentateur : Matéo. A l’ordi : Quentin.Les traitements physiques sont tous les procédés qui utilisent la gravité et la mécanique pour séparer l’eau de la pollution. 4.Relévement / DégrillagePrésentateur : Reuben. A l’ordi au départ : Quentin.D’abord, lors de leur arrivée à la station, les eaux usées sont relevées par trois vis d’Archimède de débit unitaire de 1m3/s Animation 1 : fait apparaître la grilleElles passent ensuite à travers des grilles qui retiennent les déchets les plus volumineux qui risquent de gêner et d’endommager les installations. La grille permet de retenir tous les déchets de plus de 10mm, ce qui représente 200 tonnes de déchets par an. Animation 2 : fait apparaître le tapis roulant et disparaître le reste.Matéo remplace Quentin à l’ordi dès que l’animation a été activéeLes déchets accumulés sur la grille sont ensuite remontés en surface grâce à un système automatique. Ils arrivent ensuite sur un tapis roulant, puis sont envoyés à la déchetterie. 5.Le dessablagePrésentateur : Quentin. A l’ordi Matéo.Ensuite, on emploie un procédé de dessablage, qui a comme objectif de retirer les sables en suspension dans l’eau. Pour cela, de l’air est insufflé dans un bassin spécifique afin de séparer le sable de l’eau. Ainsi, le sable décante plus facilement au fond de l’ouvrage. 6.Le dégraissage / déshuilagePrésentateur : Quentin. A l’ordi Matéo.Dans le même bassin que le dessablage, les graisses présentes dans l’eau sont entraînées en surface par les bulles d’air. L’eau va ensuite dans un deuxième bassin, dans lequel elle va reposer. Les huiles vont alors remonter à la surface de l’eau et se joindre aux graisses. Le tout forme une couche qui va déborder du bassin, c’est le dégraissage et le déshuilage. Ces matières organiques vont être récupérées pour former des boues, qui seront ensuite revalorisées. L’eau quant à elle va passer dans une conduite en dessous du bord, pour être dirigée vers l’ouvrage de décantation lamellaire. 7.La decantation lamellairePrésentateur : Reuben. A l’ordi au départ Matéo.Après le début de la diapo, Quentin remplace Matéo à l’ordi.L’eau arrive donc dans le bassin de décantation lamellaire. La décantation lamellaire est un procédé qui agit comme une décantation classique, sauf qu’on y ajoute des lames inclinées dans le même que l’entrée d’eau. Ainsi, si les particules en suspension dans l’eau remontent vers la surface, elles resteront bloquées sur les lamelles, et retomberons ensuite au fond pour former des boues. Grâce à ce procédé, 45% à 65% des matières en suspension dans l’eau peuvent être éliminées. Les boues générées seront elles aussi revalorisées. L’eau est ensuite dirigée vers les ouvrages de traitement biologique. 8.La clarificationPrésentateur : Matéo. A l’ordi : Quentin.La clarification est une des dernières étapes de l’épuration des eaux usées. Le clarificateur doit séparer l’eau des boues résiduelles (des boues qui peuvent encore être présentes dans l’eau malgré les traitements physiques). Le clarificateur est un grand bassin circulaire dans lequel les boues décantent. Elles sont ensuite aspirées par des tubes suceurs qui effectuent de lents tours du bassin. Ces boues seront aussi revalorisées. L’eau, quant à elle, déborde de l’ouvrage puis est dirigée vers les installations de traitement du phosphore. 9.Introduction traitement biologiquePrésentateur : Reuben. A l’ordi : Quentin.De manière générale dans le traitement des eaux, un traitement biologique utilise des bactéries ou d’autres micro-organismes pour éliminer un certain type de pollution. 10.Chronologie du traitement biologiquePrésentateur : Matéo. A l’ordi au départ : Quentin.Dans le cas de la station d’épuration de Maxéville, le traitement biologique sert à éliminer la pollution azotée, c’est-à-dire la pollution liée à l’urine (principalement des l’ammonium et l’ammoniaque) Ce traitement a lieu en trois étapes:
Animation 1 : affiche nitrification
Animation 2 : affiche dénitrification avale
A la fin de l’explication, Matéo remplace Quentin à l’ordi.C’est Matéo qui fait passer à la diapo suivante.11.Le BioliftPrésentateur : Quentin. A l’ordi au départ : Matéo.La nitrification consiste à transformer les molécules d’ammonium et d’ammoniaque en nitrites ou nitrates. A la station de Maxéville, la nitrification est faite grâce à un processus unique appelé le Biolift. C’est la seule station à utiliser ce procédé, très peu de documentation est donc disponible. Le fonctionnement de l’ouvrage est très complexe, l’explication que nous apportons sur le Biolift est donc simplifiée par rapport au fonctionnement de départ. Dans un premier temps, l’eau entre dans un tube appelé « Air Lift colonne », dans lequel des grains de sable restent en suspension, en envoyant de l’air depuis le bas de la colonne. Animation 1 : Affiche les grains de sables etc.C’est grâce à ces grains de sable que tout le processus de Nitrification aura lieu: des bactéries sont cultivées sur les grains de sable, et c’est elles qui assurent la Nitrification. En maintenant les grains de sable en suspension, les bactéries peuvent agir sur plus de volume, d’où l’intérêt de les répartir tout le long de la colonne grâce à l’air envoyé. Animation 2 : Affiche la sortie d’eauAprès être sortie de la colonne, une partie de l’eau va subir le procédé une seconde fois, l’autre partie est dirigée hors de l’ouvrage, vers l’étape de dénitrification. 12.Explication nitrificationPrésentateur : Quentin. A l’ordi au départ : Matéo.De manière générale, le processus de nitrification se déroule de la manière suivante: L’ion ammonium (NH4+) réagit avec l’eau naturellement pour former une molécule d’ammoniaque (NH3) et un ion Hydronium (H3 O+ ) Animation 1 : Affiche ammoniaque vers nitriteGrâce aux bactéries, le molécule d’ammoniaque s’associe avec une molécule de Dioxygène pour former 2 molécules de nitrite (NO2-) , 2 molécules d’eau et 2 ions Hydrogène Animation 2 : Affiche nitrites vers nitratesEnsuite, il arrive parfois que les bactéries transforment les nitrites en nitrates: en faisant réagir 2 ions nitrites et une molécule de Dioxygène, pour former 2 ions nitrates. 13.AnoxiesPrésentateur : Reuben. A l’ordi au départ : Matéo.Après le début de la diapo, Quentin remplace Matéo à l’ordiEn amont et en aval de la nitrification, on effectue des dénitrifications grâce aux ouvrages d’anoxies. La dénitrification est le processus qui consiste à transformer les nitrates et les nitrites dissous dans l’eau en diazote, qui va s’échapper dans l’air. Ainsi, on va placer l’eau polluée dans un bassin en anoxie, c’est-à-dire sans dioxygène. Dans ce bassin, des bactéries spécifiques avec un haut besoin en oxygène sont aussi présentes. Animation 1 : Affiche anoxieLes bactéries ne vont alors pas pouvoir répondre à leur besoin en oxygène grâce à l’air, elles vont donc en prélever dans les molécules en présence: c’est-à-dire les nitrites et nitrates. Animation 2 : Affiche Nitrites NitratesLes nitrites et les nitrates vont donc perdre leurs atomes d’oxygène, et suivre une chaîne de transformation. 14.Explication chaîne dénitrificationPrésentateur : Matéo. A l’ordi: Quentin.En prenant l’oxygène des nitrates et des nitrites, les bactéries vont entraîner une chaîne de transformation: Animation 1 : affiche nitritesLes Nitrates (NO3) vont perdre un atome d’oxygène pour se transformer en Nitrites (NO2) Animation 2 : affiche monoxyde d’azotePuis les Nitrites vont aussi perdre un atome d’oxygène pour se transformer en Monoxyde d’azote (NO) Animation 3 : affiche oxyde nitreuxEnsuite, les monoxydes d’azotes s’assemblent deux à deux pour perdre un atome d’oxygène: on a alors deux atomes d’azote et un atome d’oxygène qui restent, c’est une molécule d’oxyde Nitreux (N2O). Animation 4 : affiche diazoteEnfin, l’oxyde nitreux va perdre son atome d’oxygène pour se transformer en diazote, qui va s’échapper dans l’air (il est présent naturellement dans l’air, à environ 78%, il est donc sans danger de le rejeter) Le processus de dénitrification est alors terminé, la pollution azotée a été retirée. 15.Intro traitement physico-chimiquePrésentateur : Matéo. A l’ordi au départ : Quentin.Les traitements physico-chimiques sont les traitements qui utilisent à la fois des processus physiques (comme des décantations etc…) et des traitements chimiques, c'est-à-dire utiliser des réactions chimiques pour éliminer les polluants. Dans la station de Maxéville seul le traitement du phosphore nécessite un traitement chimique. Matéo remplace Quentin à l’ordi, et passe à la diapo suivante.16. Début traitement phosphorePrésentateur : Quentin. A l’ordi : MatéoNous allons donc étudier les étapes du traitement du phosphore dans la station. Ce traitement permet d’éliminer en grande partie les phosphores présents dans l’eau. L’élimination du phosphore se déroule en trois étapes successives: la coagulation, la floculation, puis la décantation lamellaire. Lors du traitement du phosphore, un problème se pose, qui empêche d’utiliser directement une décantation: le phosphore est présent sous forme de colloïdes, c’est-à-dire des particules au diamètre extrêmement faible (de l’ordre de 1nm à 1µm). Les colloïdes ont aussi une autre particularité: elles sont chargées électronégativement, ce qui crée des répulsions électrostatiques entre elles, et les empêche donc de décanter. 16.Suite traitement phosphorePrésentateur : Reuben. A l’ordi : MatéoOn utilise donc tout d’abord, un procédé de coagulation. Animation 1 : Affiche rectangle sur coagulationIl permet de neutraliser les charges électronégatives des colloïdes en y ajoutant des réactifs. Cela permet alors d’annuler les répulsions électrostatiques. Ainsi, dans le cas du traitement du Phosphore, on injecte dans le bassin des solutions à base de fer en tant que réactifs. Cela permet la formation d’un précipité électriquement neutre. Ainsi, dans le cas du traitement du Phosphore, on injecte dans le bassin du chlorure ferrique (FeCl3) et du chlorosulfate ferrique (FeClSO4) en tant que réactifs. En agitant la solution, cela permet la formation d’un précipité d’orthophosphate de Fer III(FePO4). Réactions entre les ions ferriques et les phosphates: FeCl3 + NaH2PO4 → FePO4 + NaCl + 2HCl FeClSO4 + NaH2PO4 →FePO4 + NaCl + H2SO4 Ensuite, on utilise une étape de floculation. Animation 2 : rectangle sur floculationAprès l’animation, Quentin remplace Matéo à l’ordi.La floculation permet de grossir la taille des molécules pour les rendre plus lourde et faciliter la décantation. Ainsi, on injecte des réactifs appelés « floculants » dans l’eau. En faisant des réactions chimiques avec le précipité obtenu, des amas de molécules vont se former : c’est ce qu’on appelle les flocs. Leur masse est alors suffisante pour permettre une décantation. Enfin, on utilise une décantation lamellaire (aussi utilisée lors du traitement physique) pour séparer le phosphore piégé dans les flocs de l’eau épurée. L’eau peut alors enfin être rejetée dans la Meurthe. 17.ConclusionPrésentateur : Matéo. A l’ordi : QuentinPour conclure, une fois que les eaux usées sont passées par tous les procédés de la station d’épuration, une grande partie de la pollution présente est retirée. Pour la plupart des types de pollution, la station doit d’ailleurs tenir des rendements d’environ 90%, les traitements utilisés sont donc très efficaces. L’eau peut donc être rejetée dans la Meurthe sans danger pour son éco-système, qui fait partie des catégories d’environnements fragiles. Animation 1 : Affiche l’ouvertureEn ouverture, on pourrait étudier le fonctionnement des stations d’assainissement, c'est-à-dire les procédés utilisés pour rendre l’eau potable. AIDE : Effluent : Désigne les eaux usées domestiques et industrielles. Bactérie : Microorganisme (Organisme microscopique) unicellulaire qui ne comporte pas de noyau cellulaire et qui se reproduit en se divisant en deux cellules identiques. Floculation : Agglomération de colloïdes pour former un amas de molécule plus lourd, apte à décanter. (Opération réversible) La coagulation est une transformation d’une substance organique liquide en une substance solide, le coagulum. Une huile et une graisse = la même chose, la graisse = solide, l’huile = liquide Débit journalier : 100 000m3 /d’eau par jour environ dans la station de Maxéville |
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