Les principes de base de l’épuration des eaux usées

QUELQUES NOTIONS SUR L’ASSAINISSEMENT

L’équivalent habitant

Un EH, ou équivalent habitant, est une référence utilisée pour quantifier la charge de pollution dans les eaux usées qu’une agglomération doit gérer. La capacité maximale de traitement d’une installation d’épuration est exprimée en EH. Elle tient compte de l’eau utilisée par les habitants, mais aussi de celle de l’industrie et des services publics.

Réseau unitaire ou séparatif

• Un réseau unitaire collecte dans les mêmes tuyaux les eaux pluviales et usées. C’est le « tout-à-l’égoût ». Lors de gros orages, la quantité d’eau à traiter peut être supérieure à la capacité maximale des tuyaux et de la station d’épuration. Un déversoir d’orage sépare le flux d’eau, une partie va en station d’épuration, l’autre va dans un bassin de stockage provisoire ou dans le milieu naturel. Le bassin peut éventuellement assurer un début de traitement.
• Un réseau séparatif collecte séparément les eaux pluviales et usées. On a donc un double jeu de tuyaux. Cela coûte plus cher mais permet d’éviter les surcharges. Selon les cas, les eaux pluviales sont envoyées soit en station d’épuration comme les eaux usées mais en contrôlant le débit (bassins tampons), soit en prétraitement avant rejet, soit directement dans la nature.

Assainissement collectif ou autonome

• L’assainissement collectif, c’est lorsque les eaux usées sont collectées et envoyées vers une station d’épuration. Il est utilisé dans les zones d’habitat concentré.
• L’assainissement autonome (ou semi-autonome) traite sur place les eaux usées d’une habitation (ou de quelques unes). Il est utilisé dans les zones d’habitat dispersé car les coûts de raccordement au réseau collectif seraient trop élevés.
Par commodité, on parle d’assainissement autonome à partir de 10 EH, mais la notion d’assainissement collectif et non collectif fait référence à la maîtrise d’ouvrage des équipements et non à leur capacité. Donc on peut avoir une installation autonome de plus de 10 EH et inversement.

Techniques intensives ou extensives

• Les techniques intensives concentrent le traitement de l’eau dans l’espace, souvent parce que l’on manque de foncier. Par conséquent, s’il y a beaucoup d’eau à traiter, il faut que le traitement soit rapide. Donc on utilise des produits chimiques et des bassins d’aération pour accélérer le traitement. Les boues activées sont une technique typiquement intensive
• Les techniques extensives, comme leur nom l’indique, prennent de la place et du temps. Il s’agit de procédés les plus proches possible d’une action naturelle, comme l’utilisation de plantes. Le lagunage est une technique typiquement extensive.

LES TRAITEMENTS ÉPURATOIRES

Ces traitements, en général assez peu connus, sont une chaîne de 4 phases qui peuvent être effectuées de différentes manières. Toutes les installations d’assainissement des eaux usées reposent sur tout ou partie de cette chaîne. Les explications ci-dessous sont aussi générales que possible.

Pré-traitement

Les installations d’assainissement des eaux usées assurent toujours un pré-traitement. Il s’agit de retirer mécaniquement les éléments les plus accessibles.

Les étapes du pré-traitement.
Source : ADEME.

Le dégrillage retient les solides de taille importante. Il y en a deux, un grossier pour les objets volumineux et un autre plus fin (environ 10 à 20 mm). Les déchets, appelés « refus de dégrillage » sont soit incinérés, soit envoyés en décharge.

Le dessablage permet d’éliminer des solides fins grâce à leur poids sans prendre encore le temps d’une décantation. On fait passer l’eau dans un canal à une vitesse modérée pour que le sable et les graviers tombent au fond. Ceux-ci peuvent être réutilisés ou mis en décharge selon la qualité du lavage auquel ils seront soumis.

Le déshuilage/dégraissage consiste à enlever les matières flottantes en surface. L’injection de bulles aide à séparer les matières grasses de l’eau. On parle de déshuilage pour une séparation liquide – liquide et de dégraissage pour une séparation solide – liquide. Les matières ainsi recueillies seront incinérées ou mises en décharge, elles auraient nuit au traitement biologique.

Traitement primaire (sans ajout de réactifs) ou physico chimique (avec ajout de réactifs)

Ce traitement consiste en la séparation des matières insolubles, par une décantation assistée ou non par des ajouts de réactifs. Il se produit la même chose à grande échelle que dans le bécher des photos ci-contre : les matières en suspension (MES) coulent. Plus elles sont fines et plus c’est long, d’où l’ajout de réactifs pour accélérer le processus.On utilise l’une ou l’autre méthode selon le type d’installation : le traitement primaire pour les techniques extensives et le traitement physico-chimique pour les techniques intensives. Cette dernière est plus chère et plus efficace.

Les MES plus lourdes que l’eau tombent au fond.
Photo : Guy Chaumeton.

Les réactions du traitement physico-chimique :

On provoque la coagulation avec des sels métalliques (Fe3+, Al3+). Ils ont des charges positives et se lient aux particules à charges négatives. Cela forme des particules un peu plus grosses et surtout neutres, qui vont donc arrêter de se repousser les unes les autres.
Ensuite, la floculation consiste à ajouter des polymères qui vont jouer le rôle de colle entre les éléments tellement petits qu’ils ne pouvaient pas couler assez vite.

A la fin de cette étape, on obtient des boues primaires ou des boues physico-chimiques, voir des boues mixtes si la station utilise les deux méthodes.

Traitement secondaire (épuration biologique)

Cette phase vise en particulier les éléments eutrophisants comme l’azote et le phospore, sans oublier le carbone, constituant de base des matières organiques. On reproduit artificiellement ou non le phénomène naturel d’autoépuration de l’eau grâce à des bactéries. C’est la présence des différents polluants qui favorise le développement des bactéries adaptées à leur dégradation.

Certaines sont aérobies, c’est-à-dire qu’elles ont besoin d’oxygène pour vivre et remplir leur tâche, donc pour accélérer le processus, on peut aérer l’eau. On utilise aussi des bactéries anaéorobies (qui n’ont pas besoin d’oxygène) pour certaines réactions.

Les disques biologiques sont placés en série sur des axes en rotation lente, partiellement immergés pour être aussi en contact avec l’air.

Les disques biologiques sont placés en série sur des axes en rotation lente,
partiellement immergés pour être aussi en contact avec l’air.
Photo : R&O.

Il y a deux types de méthodes :

• les cultures libres, où les bactéries évoluent librement dans l’eau, par exemple les boues activées ou le lagunage,
• les cultures fixes, où les bactéries sont fixées sur un support, par exemple les disques biologiques, les filtres à sable ou les lits bactériens. Dans les lits bactériens, les pores de la pouzzolane servent de refuges aux bactéries épuratrices. Il y a aussi des cultures fixées sur des supports fins, par exemple les filtres à sable biologiques.

Le traitement secondaire s’achève par une dernière décantation, on récupère alors les boues essentiellement composées de bactéries. Dans le cas des boues activées, une partie de ces boues de décantation est remise en amont pour apporter la population de bactéries nécessaires dans les cuves d’aération.Les phases de traitement primaire et secondaire produisent des boues d’épuration à très forte teneur en eau. Après un traitement visant pour l’essentiel à baisser leur teneur en eau et à stabiliser les boues primaires (par fermentation ou par compostage), les boues d’épuration liquides, pâteuses, solides ou sèches sont envoyées à leur destination finale : l’épandage agricole, la mise en décharge ou l’incinération.

Traitement tertiaire (traitement complémentaire ou affinage)

Le traitement tertiaire consiste essentiellement en une désinfection de l’eau juste avant rejet, parfois aussi en un affinage préalable du traitement précédent. Il est effectué de manière très variable, allant d’un simple ajout d’eau de javel ou de chlore justement dosé à un passage sous des lampes à UV. Certains encore utilisent de l’ozone (un gaz fabriqué sur place car il est instable), d’autres stockent l’eau dans des bassins peu profonds favorisant l’action du soleil.

POUR EN SAVOIR PLUS

Site de l’ADEME :
www.ademe.fr/partenaires/Boues/Pages/f14.htm

Grand-Duché de Luxembourg, administration de la gestion de l’eau :
www.eau.public.lu/eaux_usees_pluviales/traitement/index.html

Site de l’agence de l’eau Rhin-Meuse :
www.eau-rhin-meuse.fr