Optimisation de la déphosphatation

Résumé du document

Le phosphore de numéro atomique 15 est extrait des sols sous forme de phosphate de calcium :
· L'apatite Ca5(PO4)3F
· L'hydroxyapatite Ca5(PO4)3OH
Il est synthétisé en chauffant les phosphates de calcium en présence de carbone et de silice.
On distingue trois formes de phosphore :
· Le phosphore noir : très stable
· Le phosphore rouge : stable qui n'est pas toxique
· Le phosphore Blanc : peu stable et très toxique. Il donne le phosphore rouge au contact de la lumière.
Le phosphore est très utilisé du point de vue domestique ou industriel. En effet, il est le
composant principal des lessives, des produits de nettoyage et il est aussi très utilisé en tant
qu'engrais. Le corps humain rejette entre 1 à 2 grammes de P par jour ! Il n'est donc pas étonnant de le trouver en grande quantité dans les eaux usées que les stations d'épuration doivent traiter. Il existe différentes formes de phosphore présentes dans les eaux usées :
· Les phosphates : Ce sont les sels de l'acide orthophosphorique, selon le pH les formes
sont diverses H2PO4
- (pKa=2,15), HPO4
2- (pKa=7,23) et PO4
3- (pKa=12).
· Les polyphosphates : molécules composées d'au moins deux phosphores de
formule générale : Mn+2PnO3n+1
· Le phosphore organique : il intervient dans le processus de synthèse des protéines, par sa présence dans les acides nucléiques tels l'ARN et l'ADN, et également dans le cycle de production d'énergie au sein des cellules.
La station d'épuration de Frégeneuil est ainsi obligée de traiter le phosphore et de plus, étant située sur une zone classée sensible (rejet dans le fleuve Charente) elle doit avoir un taux de rejet inférieur à 2 mg/L ou retirer 80% du phosphore entrant sur la station.

Extraits

[...] 15) Utilisation possible d'autres réactifs Les réactifs à base d'aluminium L'ion aluminium est utilisé dans d'autres stations pour faire précipiter le phosphore avec la réaction suivante : Al3+ + H2PO AlPO 4 + 2 Les avantages de cette méthode de précipitation sont multiples. Tout d'abord, la stoechiométrie théorique de la réaction est intéressante : un Al3+ précipite un phosphate. En outre, les réactifs à l'aluminium sont très peu coûteux et présentent beaucoup moins de risques que le chlorure ferrique lors de leur manipulation, comme par exemple le sulfate d'aluminium Al2 (SO4 ou l'aluminate de sodium Na2 OAl2 O Mais ces réactifs ne peuvent pas être utilisés sur la station d'épuration de Frégeneuil. [...]

[...] Un excès de boues peut poser problème au niveau du fonctionnement de la station. En effet, les boues au niveau du clarificateur sont aspirées par siphon et, si les boues arrivent en quantité trop importante les siphons risquent de se désamorcer. Il est donc indispensable de connaître la quantité de boues produites par la déphosphatation physicochimique. Avec le rendement de la réaction entre le chlorure ferrique et les orthophosphates la masse de strengite produite et la masse d'hydroxyde de fer III sont calculées (Cf. [...]

[...] Grâce à ces valeurs et aux valeurs des concentrations, les charges polluantes en entrée et en sortie sur chaque file peuvent être calculées à l'aide de la formule suivante : Cp (Charge polluante) = Q (en mg/L) Le rendement biologique peut ensuite être déterminé par l'équation suivante : η Bio = C p entrante p sor tan te ×100 C pentrante Pour le week-end et les jours fériés, les résultats suivants sont obtenus : (ce tableau ne représente qu'une synthèse de résultats Cf. Annexe VI) Entrée PTotal File 1 Week-end et jours fériés (moyenne sur 2 jours) Jour de semaine File Sortie file1 Sortie file2 Elimination Elimination PTotal PTotal Biologique chimique Comme observé en entrée pour l'évolution des quantités à traiter, les jours de semaine présentent une charge polluante plus élevée que le week-end et les jours fériés. Les taux d'élimination biologique sont assez importants du fait de la température extérieure élevée durant mon stage. [...]

[...] Ø L'âge des boues : Pour un âge de boues supérieur à 35 jours, la déphosphatation biologique n'est plus efficace Ø Les métaux : Une trop grande concentration en métaux inhibe l'absorption du phosphore des bactéries. La concentration doit être inférieure à 1 mg/L pour le cuivre mg/L pour le cadmium et 5 mg/L pour le zinc et le nickel (Cette v aleur est la concentration totale en métal sous toutes ses formes). L'ajout de chlorure ferrique ne semble pas inhiber l'élimination biologique du phosphore. A la station d'épuration de Frégeneuil, ce procédé d'élimination du phosphore est utilisé sur les deux files. [...]

[...] Les méthodes d'analyse du phosphore utilisées Le dosage du phosphore a été déterminé par micro- méthode. Ces micro- méthodes ont plusieurs avantages : elles sont rapides, extrêmement simples et pour certaines applicables sur le terrain. Selon la micro- méthode utilisée, le principe du dosage n'est pas le même. Les micro- méthodes utilisées sont les kits phosphore total gamme haute, gamme basse de HACH et la lecture se fait sur un spectrophotomètre UV visible HACH DR/2500 avec des programmes pré-établis contenant les courbes d'étalonnage et donnant le résultat directement en mg/L de PO4 3-. [...]