Divers documents sur la technologie RAFADE (in French) - Various documents about the technologie RAFADE

Content - Summary

This library entry contains a number of documents and two Excel files about the RAFADE technology (RAFADE = réacteur anaérobie à flux ascendant à deux étages). This technology is similar to UASBs and was developed in Morrocco mainly by Boushaib El Hamouri and co-workers.

RAFADE in English: two-step up flow anaerobic reactor (TSUAR)

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"Anaerobic reactor/high rate pond combined technology for sewage treatment in the Mediterranean area"

F. El Hafiane and B. El Hamouri
Water Science & Technology (2005)

Wastewater Treatment and Reuse Unit, Department of Rural Engineering, Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II (IAV), BP 6202, Rabat-Instituts, Morocco. b.elhamouri@iav.ac.ma.

Abstract:
Two high-rate, anaerobic/aerobic units were used to treat the sewage of the IAV campus in a 1,100 m2-plant designed for 1,500 e.p. and receiving 63 m3 per day. The anaerobic pretreatment consisted of a two-stage up flow anaerobic reactor (TSUAR) comprising two reactors and one external settler all in series. The aerobic line, or post-treatment, consisted
of a high-rate algal (HRAP) and one maturation pond in series. The system totalized a hydraulic retention time (HRT) of 9 days. A gravel filter (GF) was constructed behind the TSUAR to trap low-density particles. The TSUAR removed 80% of COD and 90% of SS within 48 h. Solids retention time in the reactors averaged 32 d with a specific sludge production of 0.28 g VSS g-1 COD removed. Almost 93% of the sludge evacuated from the settler was stabilized. Specific Biogas production from both reactors was 0.25 m3 kg-1 COD removed. Used in this configuration, the HRAP lost its BOD removal activity and increased its nutrients and pathogens removal capabilities (tertiary treatment). Results showed that 85% of total nitrogen and 48% of total phosphorus were removed by the HRAP. Land area
requirement of this combination was less than 1m2 per capita and filtered final effluent was of excellent quality (COD, 82 mg/l; TKN, 8.3 mg/l; total P, 2.7 mg/l, faecal coliforms, 2.4 103/100 ml and zero helminths eggs).

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"Anaerobic Reactor High-Rate Pond Combined technology for sewage treatment in small communities - Implementation, operation and performance "

Bouchaïb El Hamouri
Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II

This document was prepared with support from the World Health Organization, Regional Center for Environmental Health Activities (CEHA), Amman, Jordan, November 2004

Preface:
Countries of the Middle East and North Africa (MENA) region share similar climate conditions and socio-economic features. For example, sanitation and wastewater treatment in rural areas are very poor or inexistent. In addition, recent concepts such as sustainable decentralized sanitation and wastewater and nutrients recycling are ignored. Therefore, any successful experience addressing these kinds of issues in one of the MENA counties could benefit to the whole region.
Impoverishment of the rural populations following repetitive draught episodes in the region has caused an important migration to “urbanised” villages or suburban settlements. To cope with this phenomenon, central and local governments have made efforts in providing drinking water, electricity and other services (for example, the provision for drinking water to the rural population in Morocco jumped from 14% in 1994 to more than 50% in 2004). But, it is still widely admitted that sanitation and wastewater investments have not kept pace with the urbanisation rate in the MENA region.

Development of sustainable and low-cost technologies for the adequate collection and treatment of wastewater could help fill the gap. In this respect, practical alternatives to meet increasing capacities and relatively larger communities (several hundreds or thousands of homes) must be urgently implemented where common individual or small cluster of houses approaches showed their limits.

However, any alternative system must meet fundamental prerequisites when addressing low-income communities to guarantee its sustainability. The success of any sanitation project is to be analysed in the context of limited funding capabilities, increasing resource depletion and greater environmental protection measures. The main requirements to be fulfilled by any chosen system are:

i. Low investment cost (avoiding equipment purchase and import).
ii. Low land area requirement.
iii. Simplicity of construction and operation.
iv. Minimization of sludge production.
v. Transformation of organic matter into useful energy.
vi. Recycling of nutrients for crop production.
vii. Water conservation through agricultural reuse and/or urban purposes.
viii. Minimization of wastewater collection and conveying costs.

This document describes the development of a low-cost technology to treat wastewater for small communities in Morocco. This technology could be suitable for most of the MENA counties. However, adoption of a low-cost and well-adapted technology is far from fulfilling all conditions listed above. Requirements vi), vii) and viii) could only be attained if sustainable concepts for water management are adopted, particularly by considering wastewater as part of the community’s water budget.

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Mémoire: "Station de l'IAV Hassan II ; treize ans après sa mise en fonctionnement: performances du réacteur anaérobie à flux ascendant à deux étages (RAFADE) et devenir de l'azote dans le chenal algal à haut rendement"

Camara et Kpeli (2010)

Résumé:
La station de traitement des eaux usées du campus de l?IAV Hassan II est basée sur la technique des bassins à haut rendement. La station comprend deux unités principales : une unité anaérobie à haut rendement et une unité de traitement tertiaire aérobie comprenant un chenal algal à haut rendement (CAHR) et un bassin de maturation.
L?unité anaérobie appelée « réacteur anaérobie à flux ascendant et à deux étapes (RAFADE) », a pour rôle d?assurer le traitement primaire et secondaire des eaux usées, c'est-à-dire l?élimination de la matière organique, des matières en suspension (MES) et la stabilisation des boues.
Le CAHR et le bassin de maturation ont pour rôle d?assurer le traitement tertiaire afin de réduire les concentrations en nutriments (N, P) et en pathogènes.

Ces ouvrages fonctionnent depuis maintenant 13 ans, et la question de leur comportement sur le plan des performances épuratoires à été posée pour évaluer la durabilité de la technologie.

Les études réalisées entre Mars et juillet 2010 dans la STEP de l?IAV répond à deux questionnements précis : quelles sont les performances d?épuration du RAFADE après 13 ans de fonctionnement et contribue par ailleurs à la discussion qui est en cours depuis plusieurs décennies sur le mode d?élimination de l?azote dans le CAHR et donc sur l?occurrence ou non des processus de nitrification et de dénitrification dans le CAHR. Les mesures sur la STEP et au laboratoire ont permis de déterminer tous les paramètres liés à cette études.

Les résultats obtenus montrent que les performances du RAFADE relatives à l?élimination de la matière organique (DCO) et des MES sont conformes à celles publiées par El Hafiane et El Hamouri, 2005. Ces valeurs sont : DCOt : 87 % et MES: 83 %. Au niveau du lit de boues, la concentration moyenne en matière sèche totale (MST) est de 19 g/l dans le réacteur R1 dont 27% sont sous forme organique (MVT). Dans le réacteur R2, cette concentration est en moyenne de 43 g/l dont 38% sont sous forme organique. Par ailleurs, le suivi régulier des boues durant leur séchage sur les lits, a montré une production moyenne de boues sèches par jour de 5,48 kg soit 0,22 kg/m3 d?eau traitée et varie selon les jours, avec une durée moyenne de séchage de 5 jours et une température moyenne de 25°c.
Sur le plan du devenir de l?azote, les suivis effectués sur les 24 h ont confirmé la faiblesse des concentrations (soit environ une moyenne de 5 mg/l NO3-). Ce qui implique une élimination de N par 2 processus principaux, l?assimilation algale et la volatilisation.

L?analyse des résultats trouvés et leur confrontation avec les données de la littérature nous permettent de conclure que le mode de conduite du CAHR en « secondaire / tertiaire » sont l?élément clé de cette question.
La conclusion tirée est que c?est le mode de conduite du CAHR qui conditionne le processus de perte de N en mode « tertiaire », condition de l?IAV. La volatilisation serait prépondérante que la nitrification en mode « tertiaire ».
Enfin ce travail a permis de mettre en exergue de bons rendements épuratoires du RAFADE et a permis entre autre de comprendre le devenir de N dans le CAHR.

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Mémoire: "Performances et dimensionnement du réacteur anaérobie à flux ascendant à deux Etages (RAFADE) : de la station prototype de l'IAV à la station d'El Attaouia"

Melkaoui Abdelhadi (2006)

Résumé:
La première partie est menée à la station prototype de l’IAV Hassan II, Elle a pour objet de confirmer les performances d’épuration de l’unité de prétraitement basée sur le Réacteur Anaérobie à flux Ascendant à deux étapes (RAFADE). L’effet de la multiplication des points d’entrée et de sortie sur le rendement a été testé à l’IAV Hassan II (Serhane :2005) ; une filière avec rapport de distribution (Rp) de un point de distribution de l’influent par m2 de surface au sol du réacteur (RAFADE 1/m2) et une seconde filière avec rapport de 3,5 m2 par point de distribution de l’influent (RAFADE 1/3m2)). Chacun des deux RAFADE possède deux réacteurs en série (R1 et R2) suivi d’un décanteur externe et reçoit une charge organique de 2.16 kg DCO m-3 j-1.
Le taux d’abattement moyen à la sortie du réacteur R2 du RAFADE (1/m2) atteint 60 et 70% respectivement pour la DCOtotale (DCOt) et la DBO5. Ces taux atteignent 53 et 60% respectivement pour le RAFADE (1/3m2). Des différences significatives en faveur de la série RAFADE (1/m2) de 6% pour la DCOt et 9 % pour la DBO5 sont validées.
Le décanteur contribue fortement à l’enlèvement des matières décantables (MD) avec un taux de 83%, et des matières en suspension (MES) avec un taux de 67 %. Le filtre gravier permet d’atteindre les taux de rendement suivants : 93 % pour les MD, 43% pour les MES et 71% pour les MVS.
Les performances globales de la série de prétraitement (RAFADE (1/m2) +Décanteur+Filtre à gravier) atteignent les taux d’abattement de 85% pour la DCOt, 89% pour la DBO5, 87 % pour les MES et 99% pour les MD. L’unité de prés traitement remplie donc bien sa fonction et peut donc être appliquée pour la station d’ELAttaouia.

L’effluent va poursuivre le traitement dans l’unité de post traitement aérobie (CAHR) où les algues prélèvent les nutriments et produisent les conditions de mortalité des pathogènes. La deuxième partie de ce travail consiste à exploiter les résultats obtenus pour le dimensionnement de l’extension du RAFADE de la STEP de la ville d’EL Attaouia.

La ville d’El Attaouia a connu ces dernières années un développement démographique important ce qui a provoqué à un dépassement des capacités de traitement des ouvrages de la STEP, construite dès 1999, surtout les ouvrages de prétraitement.

Le diagnostic effectué a révélé l’insuffisance du RAFADE de la STEP. Ceci a des retombées négatives sur le fonctionnement de l’unité de post traitement qui a basculé d’un traitement tertiaire vers un traitement secondaire.

L’estimation du débit des eaux usées pour l’horizon 2015 sur la base de l’évolution prévue de la population s’est élevée à environ 2000 m3/j, la mise a niveau de la STEP pour cet horizon nécessite un budget qui dépasse le montant de l’aide obtenue du ministère de l’intérieur pour la mise à niveau de la station. Aussi proposons-nous d’adopter une phase intermédiaire (horizon 2010) avec un débit de 1270 m3/j afin de palier au dysfonctionnement de la STEP en attendant le déblocage d’une aide supplémentaire plus tard.
Le système préconisé couvrira une superficie de 1300 m2 ; deux réacteurs en série d’un volume de 800 m3 chacun, un décanteur d’un volume de 176 m3 couvrant une superficie de 104 m2 et un filtre gravier de 288 m2 et dix lits de séchage de 330 m2 pour un montant global de 1.127.800 DH.

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Mémoire: "Etude de l’impact du système de distribution de l’influent
et de collecte de l’effluent sur le régime hydraulique et les
performances épuratoires des réacteurs anaérobies à flux
ascendant et à deux étages."

Narjiss SERHANE (2005)

Résumé:
La station d’épuration (STEP) de l’IAV Hassan II à Rabat combine deux systèmes d’épuration à haut rendement l’un anaérobie et l’autre aérobie. L’unité de traitement anaérobie comporte deux filières placées en parallèle. Chaque filière comporte deux réacteurs à flux ascendant et à deux étages (RAFADE) placés en série ainsi qu’un décanteur externe.
Un filtre gravier (FG) sépare l’unité de prétraitement de l’unité de post traitement. Cette dernière comprend un chenal algal à haut rendement (CAHR) et deux bassins de maturation (BM).

Le présent travail a été réalisé dans la STEP de l’IAV Hassan II entre décembre 2004 et juin 2005. Il a pour objectif l’amélioration du dispositif de distribution de l’influent (on passera de 2 à 4 entrées) et de collecte de l’effluent (on passera d’une sortie à 4) au sein des réacteurs de l’une des deux filière de RAFADE afin d’améliorer le régime hydraulique et le rendement d’épuration. Les réacteur de la seconde filière sont laissés tels quels pour comparaison.

Un test de traçage chimique est réalisé pour déterminer l’impacte des modifications effectuées sur le type d’écoulement dans les réacteurs.
La multiplication des points de distribution de l’influent avait un effet positif sur le type d’écoulement dans le réacteur R1 de la filière RAFADE modifié (Rm1). Le nombre de dispersion d a la valeur de 0,0568 et le degré de mélange est ?² la valeur 47,7. Par comparaison, le réacteur R1 de la filière RAFADE non modifié, ces paramètres sont de 0,0734 et 73,4 respectivement.
Ces données montrent que dans Rm1 l’écoulement s’approche plus du type piston idéal que dans R1. Les modifications apportées au Rm2 n’avaient pas un effet bien clair sur l’amélioration de l’écoulement puisqu’on obtient des valeurs comparables pour ces paramètres d’écoulement.

Le modèle piston dispersif appliqué a permis de calculer la constante de premier ordre de biodégradation de la matière organique (k) qui a la valeur de 0,9415 et de 1,0953 j-1 respectivement dans Rm1 et R1. Pour Rm2 et R2 ces chiffres sont de 0,2368 et de 0,3945 j-1.

Grâce à la multiplication des points de distribution de l’influent, on a amélioré les taux d’abattement des matières solides et des matières organiques. L’effluent du RAFADE modifié est moins mélangé et contient peu de particules solides et en suspension.
Ces résultats sont prouvés par des taux d’abattement des matières solides totales dans Rm1 de 28 % et dans R1 de 32 %. Le taux d’abattement de la DCOt est de 47 % dans Rm1 pendant un temps de séjour de 21 h et de 43 % dans R1 avec un temps de séjour de 23 h.
Le fait de multiplier les points de distribution et de collecte de l’eau au niveau de Rm2 n’avait pas un effet positif sur les taux d’abattement des paramètres de pollution.
Le taux d’abattement de la DCOt dans Rm2 est de 17 % avec un temps de séjour de 28 h et 21 % dans Rm2 avec un temps de séjour de 26 h.
Les matières azotées de l’effluent de Rm2 sont à 99 % ammoniacales (minérale) et 1 % organiques. En revanche, à la sortie de R2 ces chiffres sont de 92 % et 8 % respectivement.
Ceci témoigne d’une meilleure rétention de la biomasse au sein du RAFADE modifié.
Inséré dans sa filière de prétraitement, le RAFADE modifié suivi du filtre à gravier permettent d’obtenir les taux d’abattement suivants : 92 % des MES, 88 % des MVS, 87 % de la DCO et IV 82 % de la DBO5. Les concentrations finales de l’effluent en MES, MVS, DCO et DBO5 sont
respectivement de 27, 19, 130 et 96 mg/l.
Ce travail montre que pour avoir un meilleur rendement épuratoire, on peut opter à des RAFADE avec un R1 de 4 entrées et 4 sorties et un R2 avec 1 entrée et une sortie.

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(6) and (7)
Excel Files for the design of the RAFADE process

Bibliographic information

Various authors (2013). Divers documents sur la technologie RAFADE (in French) - Various documents about the technologie RAFADE. Various publishers

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