Contribution à l’optimisation de la diffusion de l’oxygène dans un Chenal Algal à Haut Rendement en mode étage

Le Maroc accuse un retard en matière d’assainissement liquide, cependant une prise de conscience a été constatée et des efforts ont été déployés pour faire face aux problèmes d’épuration et de réutilisation des eaux usées. Plusieurs stations d’épuration ont vu le jour ces dernières années, utilisant des techniques intensives et extensives. Les procédés extensifs restent dominants, vu leur meilleure adaptation au contexte marocain. Parmi eux, on trouve le chenal algal à haut rendement qui reste encore une technique mieux adaptée avec un critère opératoire non encore standard. Les études menées sur ce procédé ont abouti à cerner les performances épuratoires en termes de charge hydraulique et organique et ont montré la bonne adaptabilité de ce type de procédé pour les petites et moyennes collectivités. Dans le souci d’augmenter la capacité organique et hydraulique du chenal algal à haut rendement pour la même surface d’occupation, nous avons pensé à concevoir un chenal en étage qui permettrait d’absorber les fluctuations de charge. Des études ont été réalisées pour l’optimisation de la hauteur de l’étage en tenant compte de l’ensoleillement du site pendant toute l’année et de l’effet de l’ombre du chenal haut sur le chenal bas. Le fonctionnement du chenal est régi par une symbiose algo-bactérienne en équilibre instable, qui peut être affectée par le mode de fonctionnement diurne et nocturne?; le facteur oxygène reste le seul paramètre clé pour déceler toute anomalie de fonctionnement, pour ce faire il est illusoire d’admettre que la production d’une quantité d’oxygène au-delà de la DBO est sans aucun effet sur la biomasse algale. Afin de déterminer les quantités d’oxygène produites par l’activité algale pendant la période diurne, on peut penser à considérer la grandeur suivante?: l’oxygène produit qui représente un rapport constant entre l’oxygène libéré par la photosynthèse des algues, et l’énergie lumineuse pendant le temps de séjour considéré noté Op?; et la quantité d’oxygène effectivement utilisée noté O’p qui sera calculée par un bilan de matière sur l’oxygène. Cependant, la complexité de la modélisation de la distribution de l’oxygène dissous réside dans la mise en équation de l’écoulement, ainsi que dans l’établissement des modèles cinétiques des différents mécanismes biologiques intervenant dans le bilan de l’oxygène. Néanmoins, dans notre approche, la complexité des phénomènes biologiques a été simplifiée en considérant les algues et les bactéries comme des espèces chimiques qui subissent l’action de l’hydrodynamique (transport, diffusion, turbulence…) et qui réagissent suivant une cinétique déterminée. La modélisation de l’interaction entre la turbulence et la cinétique du mécanisme réactionnel a permis d’exprimer les taux de réaction moyens en fonction des variables connues de la cinétique et en fonction des caractéristiques de la turbulence, puisque celle-ci joue un rôle déterminant. Le choix a été porté sur le code de calcul ANSYS Fluent, utilisé pour mener les simulations. Cela a contribué à une meilleure compréhension des calculs mis en œuvre, notamment en ce qui concerne les processus itératifs et de la discrétisation spatiale. Nous avons utilisé le logiciel ANSYS Fluent 18.0, dans le but de cerner les différents phénomènes et mécanismes gouvernant le fonctionnement du chenal algal à haut rendement en mode étage, et valider le modèle numérique à l’aide des études expérimentales et théoriques déjà effectuées sur le Chenal Algal à Haut Rendement. L’étude de la diffusion d’oxygène dans le CARET a concerné les périodes diurnes et nocturnes et ce pour la disposition en série et en parallèle. En faisant augmenter la charge organique de l’influent et réduire le temps de séjour du chenal haut en mode série, nous avons constaté une amélioration du pouvoir épuratoire du chenal bas fonctionnant en mode série. L’examen des résultats, dévoile la possibilité d’une amélioration du rendement épuratoire en choisissant le mode série soit en augmentant la charge organique de l’influent soit en réduisant le temps de séjour du chenal haut.