Elaboration et validation d'un modèle de simulation dynamique d'un chenal d'oxydation : couplage du modèle ASM1 et du modèle piston avec dispersion

Elaboration and validation of a dynamic model for the simulation of an oxidation ditch

• Auteur / Autrice : Latifa Haouech
• Direction : Arnaud Cockx, Hedi Shayeb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 19/11/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Khelifa Maalel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Cockx, Hedi Shayeb, Mathieu Sperandio
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ahmed Ghrabi, Alain Grasmick

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux usées -- Épuration -- Procédé des boues activées

Eaux usées -- Épuration -- Traitement biologique

Transfert de masse

Eau -- Teneur en oxygène

Hydrodynamique

Mots clés libres

Chenal d’oxydation

Hydrodynamique

ASM1

Oxygène dissous

Résumé

Le but de ce travail est le développement d’un modèle 1D pour la simulation du fonctionnement d’un chenal d’oxydation. Le couplage du modèle hydrodynamique et des cinétiques biologiques permettront une meilleure description du procédé. L’hydrodynamique dans le chenal est modélisée par un réacteur piston à dispersion axiale. Le transfert d’oxygène et les réactions biologiques sont aussi intégrés dans le modèle. Les réactions biologiques sont représentées par le modèle biologique ASM1 développé par Henze 1987 tenant compte de la dégradation du carbone et celle de l’azote. C’est un modèle tout à fait adapté pour la modélisation des processus biologique mis en jeu dans un chenal d’oxydation partiellement aéré. La validation du modèle développé a été effectuée par la comparaison avec les mesures effectuées sur une installation pilote de volume 1 m3 (Lesage 2002). Cette validation est faite en trois étapes : validation de l’hydrodynamique par la simulation de la distribution du temps de séjour, validation du transfert d’oxygène par la simulation de remontée d’oxygène en eau claire et validation du modèle biologique par la simulation de la réponse réspiromètrique. Le modèle développé est ensuite utilisé pour la simulation du fonctionnement d’une station à taille réelle celle de Mahrès (1300 m3). Des mesures des concentrations en oxygène dissous dans le chenal de Mahrès ont permis de distinguer une hétérogénéité spatiale et temporelle. La simulation à échelle réelle consiste à reproduire ces gradients de concentrations existant au sein du chenal après la détermination des paramètres du modèle par le biais de mesures expérimentales sur la station citée et par le calage du modèle cinétique de dégradation de l’azote. Ce travail dénote l’importance du modèle développé pour la simulation d’un procédé à boue activée avec une hydrodynamique particulière et une aération par alternance de zone où la zone anoxie est nécessaire pour la réaction de dénitrification

The aim of this study is to obtain a validated model for the description of an oxidation ditch system, which could be used as a decision tool. A spatio-temporal 1D model which integrates hydrodynamic, oxygen transfer and biologic kinetics was developed. This work provides a prediction of COD and nitrogen fractions and dissolved oxygen concentrations described by widely used ASM1 model (Henze et al., 1987). This model was validated on the experimental result obtained by a campaign measurement in lab scale activated sludge study having a volume of 1m3 (Lesage, 2002). This validation is made in three steps: hydrodynamic validation by the simulation of the residence time distribution, oxygen transfer validation by simulating oxygen rise in clear water and the biological model validation by the simulation of oxygen uptake rate. The model developed was used to simulate a full scale plant of 1300 m3. Such model can well predicts the plug flow behavior of dissolved oxygen exiting in large scale oxidation ditch and has the ability to simulate dynamic behavior of wastewater components. The full scale simulation is done after model parameters identification and calibration of nitrogen kinetics model parameters. This model can be used to perform real time prediction which can help to optimize nitrification and denitrification occurring in the ditch under dynamic load