La nécessité de protéger notre environnement nous oblige à contrôler la qualité des eaux usées que nous rejetons en traitant les effluents en station d'épuration. Le système décrit dans cet article combine une station d'épuration dont le dimensionnement est adapté aux petites collectivités et un système de désinfection de l'eau par UV permettant d'obtenir une eau microbiologiquement saine.
Le maintien de la qualité du milieu aquatique dépend de la qualité de l'eau que nous y rejetons. Nous nous devons donc de faire un effort pour protéger notre patrimoine en traitant nos effluents.
L'effluent épuré doit obéir aux normes techniques fixées par des textes réglementaires :
- l'arrêté du 20 novembre 1979, relatif à la lutte contre la pollution des eaux,
- la circulaire du 4 novembre 1980, relative aux conditions de la qualité minimale d’un rejet urbain,
- et par la circulaire du 10 juin 1976, concernant les procédés et les conditions d’épuration.
Selon la législation relative aux communes rurales, les installations doivent être adaptées à la situation des collectivités et à la sensibilité du milieu récepteur, tout en représentant un coût économique raisonnable. C’est dans cette optique qu’un système de traitement des eaux usées, destiné spécifiquement aux petites collectivités (500 à 5000 E.H.), a été mis au point par nos soins.
Il s'agit de l’association d’une station d’épuration fonctionnant suivant le principe des boues activées dans un bassin d’aération et de décantation couplée à un groupe de filtration puis à un traitement tertiaire de désinfection de l'eau par rayonnement UV.
La station d’épuration
Le procédé utilisé (boues activées dans un bassin d’aération et de décantation) permet d’éliminer 90 % des pollutions organiques et 90 % des pollutions azotées et phosphatées.
Comme on le voit ci-après, ces stations sont remarquables par leur faible coût de construction, leurs frais d’exploitation réduits et leurs performances élevées. La qualité des eaux épurées répond aux normes en vigueur sur la DBO5, les taux de déphosphatation et de nitrification exigés pour évacuer les rejets dans les petits cours d’eau.
Leur intégration est aisée (absence d’odeurs et de bruits) et leur petite taille exige peu de surface.
Elles permettent d’éviter la construction de longs collecteurs de transport pour centraliser les eaux usées (EU) et assurent la réalimentation, sur place, des petits cours d’eau. Les boues épaissies peuvent être utilisées directement en agriculture pour l'amendement des sols.
Ces stations présentent la particularité de pouvoir être construites avec une forte participation des entreprises locales.
La méthode d’épuration
Après avoir traversé un tamiseur fin, les eaux usées aboutissent dans un bassin de rétention permettant de régulariser le débit au niveau de la biologie. Un bassin combiné (oxydation des boues et décantation secondaire) est équipé en son centre de diffuseurs d’air du type fines bulles. Deux parois intermédiaires permettent une circulation constante des boues activées dans le compartiment d’oxydation. La décantation s’opère sur la périphérie, au travers d’un filtre de boues constamment régénérées. Les eaux épurées transitent par un déversoir pour aboutir à l’exutoire. Un système de séparation et de récolte automatique des surnageants complète l’installation.
Les boues en excès, prélevées automatiquement au moyen d’un “piège”, sont conduites dans une fosse de stockage équipée d’un brasseur et fonctionnant comme épaississeur. Le surplus d'eau retourne en tête de la station. Une armoire de télécommande centralise et automatise toutes les fonctions par l’intermédiaire d'une mesure de niveau installée dans le bassin de rétention. Des pompes de prélèvement permettent, le cas échéant, un échantillonnage en continu pour analyse.
Avantages du bassin combiné
Les avantages du système sont considérables :
- Rendements exceptionnels de l'aération : utilisation d’une aération à fines bulles et absence de zones mortes (non aérées).
- Consommation d’énergie limitée : la consommation d’énergie des diffuseurs à fines bulles est réduite par rapport aux systèmes d’aération traditionnels.
- – Absence d’usure mécanique : aucune pièce mécanique n’est en mouvement dans le bassin combiné ; équipement immergé en acier inox.
- – Aucun entretien des équipements installés dans le bassin combiné.
- – Couverture des bassins : la couverture intégrale des bassins empêche tout développement d’algues. Aucun risque d’obstruction par des feuilles mortes, danger de chutes supprimé. Entretien facilité et abandon des clôtures périphériques.
- – Exploitation entièrement automatisée : les périodes d’aération sont réglées automatiquement ; la recirculation des boues s’effectue par gravité ; l’extraction des boues en excès et l’évacuation des surnageants de la décantation finale sont automatiques. L’exploitation est donc limitée au maximum.
Les installations
La station de traitement des eaux usées est décrite schématiquement sur la figure 1. Nous en examinons les éléments ci-après.
Le tamiseur fin
Le cas échéant, si la nature des eaux à traiter le nécessite, un tamiseur fin (à mailles de 5 mm) est installé dans une loge sur l’arrivée du collecteur d’eaux usées. Ce type d’appareil est équipé d’une presse à vis sans fin permettant de comprimer et déverser les déchets, d’une teneur d’environ 40 % de matières sèches (MS), dans un conteneur à ordures. Ces résidus sont admis dans les usines d’incinération ou en décharge.
Une commande de mise en marche automatique est asservie à un capteur de niveau monté à l’arrivée du collecteur.
Le bassin de rétention et le puits de pompage
Les eaux usées transitent dans un bassin de rétention dont le volume est calculé pour étaler la quantité d’eau admise à saturation de la station. Le fond conique évite tout dépôt important et sert de puits de pompage. Deux pompes centrifuges immergées fonctionnent en alternance ou simultanément et assurent l’alimentation du bassin d’oxydation avec un débit régulier et contrôlé.
Une mesure de niveau télécommande, par l’intermédiaire du tableau, le fonctionnement optimal de la station.
Le bassin combiné d’oxydation et de décantation
Le bassin est composé de deux parois plongeantes permettant la circulation des boues, l’isolation des compartiments oxydation-décantation et la formation d’un filtre à boues qui se stabilise et se renouvelle à la partie inférieure du dispositif de décantation.
L’eau épurée est récoltée par un déversoir qui la conduit dans l’exutoire après avoir transité, le cas échéant, dans un système de chloration.
Les surnageants sont rassemblés et déversés dans la fosse de stockage des boues par l’intermédiaire d’un système automatique, à jet d’eau.
Un piège à boues automatisé permet l’extraction des boues en excès au moyen d’une pompe mammouth. Un programme adapté maintient constamment une concentration idéale.
L’aération
Des diffuseurs d’air injectent des fines bulles permettant une oxydation élevée. Pour éviter tout colmatage, notamment si la teneur des eaux en calcium est élevée, un programme permet de décompresser régulièrement les diffuseurs pendant quelques minutes, opérant ainsi une flexion qui rompt toute formation de sédimentation.
Une soufflante ou un compresseur alimente le système en air assurant une concentration d’oxygène optimale.
La déphosphatation
Une cuve permettant une autonomie d’un mois reçoit le déphosphatant en poudre soluble, auquel on ajoute la quantité d’eau correspondante. Un brasseur temporisé évite toute sédimentation. Une pompe doseuse injecte le mélange dans la conduite d’alimentation du bassin d’oxydation. Le déphosphatant est stocké sur place.
Le stockage des boues
Les boues sont épaissies et partiellement digérées dans une fosse de stockage. Un brasseur télé-commandé dégaze la masse plusieurs fois par jour. Le surplus d’eau décantée retourne en tête de la station. Une prise pour citerne à pression permet la vidange aisée de la fosse. L’épaississement des boues dans ce système permet d’atteindre environ 5 à 6 % de matières sèches.
Purification finale de l’eau
La possibilité d’une purification des eaux épurées est prévue, dans le cas où ces eaux sont utilisées pour l’irri-
La destruction des germes s’effectue après filtration, par traitement par des rayons ultraviolets (UV), comme on le voit en annexe 1 et dans le chapitre qui suit.
Désinfection de l’eau par UV
Les eaux sortant de la station d’épuration restent extrêmement contaminées sur le plan microbiologique. Un traitement final germicide s’impose donc dans un certain nombre de cas précis, notamment :
- lorsque les effluents menacent la qualité des eaux destinées à la consommation humaine (terrains karstiques), - lorsqu’il existe un risque de contamination des eaux de baignades (rejets en mer, rivière ou lac), - lorsque l’eau est utilisée à des fins d’irrigation.
Parmi l’ensemble des traitements germicides du marché, la désinfection par rayonnement ultraviolet est la technique la plus adaptée (figure 2). Les méthodes chimiques de traitement de l’eau (chlore, bioxyde de chlore), souvent utilisées, présentent de nombreux inconvénients :
- développement de goût et d’odeurs désagréables, - développement de sous-produits nocifs tels que les haloformes et les chloramines (produits potentiellement cancérigènes), - problèmes de dosage : le chlore, qui présente un effet rémanent, doit être dosé de façon très précise ; trop peu, il est inefficace ; en trop grande quantité, il devient dangereux ; de plus, il devient indispensable de supprimer les restes de chlore avant rejet de l’effluent dans la nature (particulièrement dans les cas où l’eau traitée sera réutilisée pour l’irrigation).
Il existe, bien entendu, d’autres méthodes physiques de traitement : ozone, nanofiltration…, mais l’investissement qu’elles représentent rend leur utilisation extrêmement difficile pour de petites collectivités.
La méthode
Le spectre ultraviolet
Le soleil émet un spectre d’ondes électromagnétiques dont le domaine s’étend de l’infrarouge à l’ultraviolet. Le spectre ultraviolet peut être divisé en trois parties principales :
UVA (λ : 315 – 400 nm) activent la pigmentation de la peau (bronzage), UVB (λ : 280 – 315 nm) permettent la vitaminisation des produits alimentaires (vitamine D), UVC (λ : 200 – 280 nm) ont une action de destruction des micro-organismes.
Principe de désinfection par irradiations UV
Quel que soit le type de radiation auquel est soumise la cellule, la première cible est l’ADN. De plus, la sensibilité des différentes souches est liée à la teneur en adénine et thymine de l’ADN. Les produits de l’irradiation sont des produits d’hydroxylation et des dimères de thymine.
D’un point de vue symptomatique, l’effet bactéricide est dû à un gonflement, puis à un éclatement de la membrane, induisant la destruction de la cellule. L’effet bactériostatique est dû au blocage de la réplication d’ADN causé par la modification de la structure des acides aminés et de leurs liaisons.
L’efficacité germicide des UV
La puissance germicide et la surface de la source, le temps d’exposition, le coefficient d’absorption et l’épaisseur de la lame d’eau sont des paramètres extrêmement importants auxquels s’ajoutent :
- la turbidité et la couleur, - les matières organiques dissoutes : les substances humiques et leurs dérivés qui absorbent les UV, - les matières en suspension et les colloïdes, qui absorbent également les UV et dissipent l’énergie ; de plus, les MES agissent comme ombre ou piège vis-à-vis des micro-organismes, - les ions ferreux et ferriques, qui absorbent les UV, de même que les composés phénolés, - la distance entre les germes et la source d’UV.
L’énergie germicide reçue est d’autant plus importante que le germe est proche de la source ; seul un écoulement turbulent permet d’atteindre ce but.
La conception de la chambre de traitement et le dimensionnement de l’installation doivent tenir compte de tous ces paramètres. Des méthodes d’analyse et de calcul extrêmement fiables permettent un parfait dimensionnement du stérilisateur UV en fonction de l’eau à traiter.
Les installations en fonction permettent d’obtenir des abattements bactériens importants qui garantissent les niveaux de qualité des eaux de baignades : coliformes totaux < 10 000/100 ml ; coliformes fécaux < 2 000/100 ml, ainsi que les niveaux de qualité bactériologiques des eaux d’irrigation : coliformes thermotolérants < 1 000/100 ml (1).
Nota : il est souvent préférable, afin d’améliorer les résultats, de placer un système de filtration en amont de l’UV.
Avantages présentés par le système
Les avantages de la désinfection des eaux par rayonnement UV sont nombreux :
- Performances et rendements élevés. - Moindre coût. - Post-traitement par rayonnement UV. - Application directe qui permet de résoudre le problème d’épuration des eaux usées de la plupart des communes. - Discrétion, aucune nuisance : ni bruits, ni odeurs. - Intégration à l’environnement. - Station entièrement automatique, avec un entretien réduit à sa plus simple expression. - Absence d’usure mécanique. - Stations de très longue durée de vie, car de très grande qualité : toutes les pièces métalliques en contact avec les eaux chargées sont en acier inoxydable. - Stockage des boues pendant six mois avant vidange pour épandage, séchage. - Réinvestissement de 50 % du coût des travaux dans la commune. - Développement d’une technique locale créatrice d’emplois, puis d’un marché local en fonction du nombre de communes à équiper.
Conclusion
L’installation décrite correspond parfaitement aux petites collectivités, qui peuvent ainsi épurer leurs eaux usées et les désinfecter de façon à n’induire ni pollution chimique, ni bactériologique de l’environnement.
L’un des avantages du système proposé réside dans la large implication des entreprises locales dans l’édification de la station d’épuration. Une implication profitable à toute la collectivité… (1)
(1) L’article de Serge Colorio, paru dans le n° 170 de la revue “L’Eau, L’Industrie, Les Nuisances”, donne une information plus exhaustive des spécificités du traitement des liquides par rayonnement UV.
