2 Le réseau d’assainissement collectif unitaire 8





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4.4Mesure de pollution



La gestion des eaux usées passe par la connaissance des volumes et sa charge en polluant. Un recueil de norme de mesure de débit « Hydrométrie, chenaux et réservoirs, 1994» est édité par AFNOR.

4.4.1Courbe de mesure de débit


La mesure est réalisée en canalisation équipée d’un déversoir en mince paroi à profil triangulaire ou rectangulaire (NF X 10-311) et d’un capteur piézo-resitif, bulle à bulle 4-20 mA.



Figure 22 : exemple de courbe de débit.
La mesure de débit permet de visualiser les volumes en un point judicieusement choisi du réseau. Elle donne de précieuses indications sur les conditions d’écoulement.
Exploitation des données :

  • La courbe de débit instantané est obtenue en enregistrant le débit toute les minutes. L’effet en dent de scie est du à la fluctuation (rejet, écoulement turbulent) de la hauteur d’eau au niveau du déversoir.

  • Les données sont transformées pour avoir des débits moyens horaires. La courbe est plus lissée, surtout en cas de pompage.

  • On remarque que la nuit le débit atteint un minimum. Cette valeur est considérée comme la limite supérieure des eaux claires parasites. En effet la nuit on fait l’hypothèse que la consommation d’eau, donc le rejet d’eau usée, est négligeable. Ainsi l’origine de l’eau coulant la nuit en réseau est considérée comme de l’eau d’infiltration (3 m3/h), barres du bas constantes, en sombre sur le graphique horaire.

  • Les eaux strictement domestiques (ESD) fluctue en fonction de l’activité humaine soit essentiellement diurne, barres du haut en clair sur le graphique horaire.


Le ratio ECP/ESD est le taux de dilution. Quelle est la dilution de l’effluent en exemple ?

4.4.2Interprétation d’une mesure de débit


Les postes de refoulement « hachent » le débit. L’eau y est retenue jusqu’au niveau haut puis est refoulée ou relevée au débit des pompes.
La lecture fine d’une courbe permet d’évaluer le temps de fonctionnement des pompes. L’idéal est 5 déclenchements par heure. La taille du pic de refoulement permet de déterminer globalement le volume de refoulement.
Exemple : dans la tranche horaire 5h-6h nous avons un pic de refoulement. La surface de l’aire est d’environ la moitié d’un carreau de dimension 1h x 10 m3/h = 10 m3.
Ceci représente le volume utile du poste de refoulement (entre le niveau haut et bas).
Pour être plus précis on peut reporter le pic sur du papier millimétré et compter le nombre de carreau.

4.4.3Mesure de débit d’écoulement à surface libre



L’écoulement à surface libre présente une surface de contact avec l’air ambiant. L’écoulement en charge emplit complètement la canalisation (eau potable, refoulement). Les techniques de mesure sont différentes.
Remarque : les débitmètres électromagnétiques et à transduction ne servent que sur les écoulements en charge.

4.4.3.1Canal venturi



Le canal Venturi est une restriction latérale de la surface de passage de l’eau. Un ressaut, restriction verticale sur le fil d’eau, est souvent constaté.

Une norme définit l’usage des Venturi : ISO 4359.

4.4.3.2Seuil déversoir


Les mesures sont réalisées suivant la norme NF X 10-311. Il est possible d’avoir des déversoirs triangulaires - pour les faibles débits ou irréguliers - ou rectangulaires - pour les débits plus forts ou plus réguliers.


Figure 23 : Déversoir triangulaire en mince paroi.

4.4.3.3Hauteur vitesse par Doppler ou moulinet



La mesure du champ de vitesse permet d’accéder au débit en connaissant la surface mouillée (d’écoulement).
Q = V x S

Q : débit en m3/h

V : vitesse en m/h

S : Surface mouillée en m2

La Vitesse :

La vitesse de l’eau n’est pas uniforme sur toute une surface. Plus on se rapproche du bord plus elle chute.



Figure 24 : Profils de vitesse.
Pour mesurer une vitesse d’écoulement moyenne on doit donc mesurer la vitesse en plusieurs points de la surface. Ceci n’est pas chose aisée. Chaque technique nécessite un protocole parfois difficile à mettre en œuvre. C’est l’affaire de spécialistes.
Les capteurs de vitesse, adapté à différents cas sont les suivants :
Mesure en rivière : Saumon, moulinet



Figure 25 : Moulinet et saumon.
Mesure en réseau : capteur ultra-son à effet doppler


Figure 26 : Sonde et débitmètre Doppler.

La sonde émet un train d’onde qui ricoche sur les particules en suspension. Le déphasage par effet Doppler de l’onde sonore qui revient vers le récepteur de la sonde permet de calculer sa vitesse. Cette mesure ne fonctionne pas avec des eaux claires.


La surface :
La surface est estimée grâce à une mesure de hauteur. En connaissant la loi ou la courbe qui lie la surface à la hauteur on en déduit l’aire de passage du courant.

Pour les profils géométriques type circulaire ou rectangulaire la relation hauteur-surface est simple. Pour des profils de rivières il est nécessaire de réaliser des jaugeages de profondeur réguliers, le plus souvent, au niveau de ponts.

4.4.3.4Temps de fonctionnement de pompe



Les pompes de refoulement hachent le débit. On perd une certaine information en aval de ces postes. Ils présentent toutefois l’avantage d’accéder à une estimation du débit sans appareil spécifique. Les postes de pompage sont en effet équipés de compteur de temps de fonctionnement, les horocompteurs.

En connaissant le volume nominal réel de la pompe et peut accéder au volume refoulé dans un temps donné.
L’étalonnage des pompes de refoulement est réalisable en mesurant les caractéristiques géométriques des bâches de refoulement, en connaissant les niveau haut et bas (marnage de niveau) et en mesurant le temps de fonctionnement.


Figure 27 : Horocompteur.
Remarque : Les deux pompes du poste présentent des temps de fonctionnement identiques traduisant un bon fonctionnement de l’automate.

4.4.3.5Liens et sources internet


http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/dereumaux/mesurdebit.htm

http://www.cidip.com/

4.4.4Estimation de débit


A défaut de système de mesure, il reste possible d’estimer grossièrement le débit d’eaux usées d’un réseau. Pour cela il faut connaître, par enquête auprès de la collectivité, le nombre de personne raccordée au réseau étudié. En multipliant le nombre de raccordés par les ratios, dont le débit, de l’équivalent habitant on estime les débits et charges polluantes.
La dilution n’est pas estimable sans mesure.


4.4.5Prélèvement et analyses


En parallèle de la mesure de débit, le prélèvement d’échantillon permet de connaître les concentrations de l’effluent.

4.4.5.1Analyse in situ


Les analyses in situ sont la température, le pH, la conductivité, le redox, la turbidité. Ces paramètres évoluent très rapidement dans une eau usée à température ambiante.

4.4.5.2Préleveur automatique



Les préleveurs sont des appareils de pompage d’échantillon au volume passé ou au temps passé. Il se programme sur 24h généralement.

Ils sont portables, fixe, réfrigéré ou non…
Exemple de programmation :

Le prélèvement au pas de temps doit prévoir les temps d’aspiration et de purge des tuyaux. Un prélèvement par 5 minutes est un maximum. Le volume d’échantillon doit être calculé en fonction du volume total du réceptacle sous peine de débordement. L’avantage est de ne pas se soucier des volumes passés inconnus à priori.
Le prélèvement au volume est plus représentatif de l’écoulement. Les prises d’échantillons sont d’autant plus fréquentes que le débit d’écoulement est important. La représentativité est meilleure qu’avec la programmation au temps. Il est toutefois nécessaire de connaître le volume qui va transiter pour prévoir le nombre de prélèvements de la journée.

4.4.5.3Conditionnement, transport des échantillons



Les laboratoires fournissent du flaconnage adapté au type d’analyse auquel est destiné l’échantillon. Il peut être très spécifique selon la substance cherchée : flacons stériles (microbiologie), tube serti (composés volatile), etc.
Les contraintes de temps sont importantes pour la validité d’une analyse.

Le temps de transport et la température sont déterminés pour les analyses microbiennes. Par exemple pour la recherche de légionelles le temps avant début d’analyse imposé est de 24h et la température de 4°C.
Des normes définissent les conditions de transport mais aussi de prélèvement des échantillons

4.4.5.4Analyse en laboratoire



Les analyses sont réalisées en laboratoire. Des accréditations sont accordées aux laboratoire ayant réalisé un gros travail sur la Qualité : respect des normes de mesure, traçabilités des échantillons, bonnes pratiques de laboratoire (BPL), formation de personnel, etc.

Des audits du système Qualité permettent de valider un laboratoire selon la norme ISO 17025. L’accréditation délivrées par le CoFrAc (Comité Français d’Accréditation) est renouvelable annuellement et moyennant des tests inter laboratoire.
Les analyses qui nous concernent sont :

  • DCO, Demande chimique en oxygène mg O2 /l

  • DBO5, Demande Biologique en oxygène mg O2 /l

  • MES, matières en suspension mg/l

  • Ntotal, Azote total en mg N /l

  • Ptotal, Phosphore total mg P /l

  • MS, Matières sèches mg/l


Les analyses sont rendues sous forme d’un rapport contenant un certain nombre d’informations et notamment la concentration du produit cherchés en mg/l le plus souvent.


4.5Modélisation hydraulique



La modélisation est la mise en équation des écoulements. Des logiciels permettent de simuler l’écoulement en réseau d’assainissement.

On peut simuler des pluies d’orage, des pluies de type décennales, centennales, etc.
Il existe des modules qui gèrent les phénomènes de dépôts en réseau.
C’est un outil très pratique qu’il faut manier avec précautions car les conditions réelles sont très complexes à mettre toute en équations !

4.6Dimensionnement de réseaux



La mise en équation permet de simuler des tronçons qui ne sont pas encore créé. L’avantage est de prévoir la réaction de ce nouveau tronçon.
Le dimensionnement peut être réalisé de manière empirique (issu de l’expérience) sur des réseaux simples.
Un réseau est tenu d’évacuer sans déversement vers le milieu naturel un débit généré par une pluie de période de retour de fréquence décennale.

5Texte de loi, réglementation



Les textes réglementaires sont nombreux. Un document assez complet au format pdf est disponible sur le net : http://www.lorraine.ecologie.gouv.fr/IMG/pdf/theme13.pdf

Guide de l’eau : les rejets des eaux usées

5.1Autorisation de rejet



La confusion de l’autorisation de rejet d’une STEP et d’une norme de rejet est courante, surtout sur internet. En aucun cas il ne s’agit d’une norme de rejet, le terme est inapproprié et pourtant souvent rencontré.
L’autorisation de rejet est un document préfectoral. L’arrêté préfectoral d’autorisation tient compte du code de l’environnement, du code général des collectivités, du code de la santé publique, d’arrêtés ministériels, d’études d’impact et du rapport de la Police de l’eau basé sur des analyses de terrain et des objectifs de qualité du milieu naturel.
Une enquête publique réglementaire est diligentée.

5.2Obligation des collectivités




6Conclusion



Le domaine du transport des eaux résiduaires urbaines est soumis à une réglementation stricte. Les aspects hydraulique (écoulement, topographie)), hydrologiques (qualité des eaux et milieu naturels), des usages de l’eau, des aspects financiers et politiques sont pris en compte pour l’élaborations des projets jusqu’à leur aboutissement.

Les enjeux sont le respect de la vie aquatique dans le compromis technico-économique le plus avantageux.

Technicien Traitement des eaux

Laurent Meyer

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