Les stations d'épuration biologiques traitant les effluents des villes touristiques sont souvent confrontées à des problèmes de surcharge hydraulique et organique en haute saison. Pour assurer une qualité de rejet conforme aux normes, les exploitants peuvent alors utiliser des additifs pour améliorer la décantation des boues activées. Parmi ces produits, on trouve les additifs minéraux, dont Aquatal®, mélange naturel de talc et de chlorite. La composition minéralogique, la granulométrie et la densité d'Aquatal® favorisent la floculation de la biomasse et le lestage des flocs biologiques. La vitesse de décantation de la boue est augmentée, l'indice de boue amélioré. Il est alors possible d'augmenter le flux hydraulique de 30 % minimum dans le clarificateur et la concentration en boue dans le bassin d'aération pour abaisser la charge massique sans risque de départ de boue vers le milieu récepteur. Un exemple de traitement est décrit ci-dessous pour illustrer l'efficacité de cet additif dans ce cas de figure.
La composition minéralogique, la granulométrie et la densité d’Aquatal® favorisent la floculation de la biomasse et le lestage des flocs biologiques. La vitesse de décantation de la boue est augmentée, l’indice de boue amélioré. Il est alors possible d’augmenter le flux hydraulique de 30 % minimum dans le clarificateur et la concentration en boue dans le bassin d’aération pour abaisser la charge massique sans risque de départ de boue vers le milieu récepteur. Un exemple de traitement est décrit ci-dessous pour illustrer l’efficacité de cet additif dans ce cas de figure.
Pour beaucoup d’entre nous, les mois de juillet et août sont synonymes de soleil, vacances et tourisme. Les grandes métropoles se dépeuplent alors pour quelques semaines, au bénéfice des villes côtières qui voient leur population augmenter brutalement dans des proportions très importantes. Même si les infrastructures sont généralement dimensionnées pour faire face à cette affluence saisonnière, la surpopulation perturbe souvent la gestion des ouvrages publics. Parmi eux se trouvent les stations d’épuration dont la qualité du rejet doit rester conforme aux normes, malgré l’augmentation des charges hydraulique et organique.
Certaines de ces stations d’épuration ont été dimensionnées en fonction de la haute saison mais se retrouvent surdimensionnées pour la basse saison. L’exploitant dispose d’un outil adapté à l’augmentation de la charge hydraulique et organique, et peut donc assurer une qualité de rejet conforme aux normes. Toutefois cette alternative comporte deux inconvénients majeurs :
- l’investissement de départ est plus élevé car le dimensionnement de la station a été maximisé puisqu’il est basé sur la période de pointe ;
- l’exploitant est confronté à des difficultés de gestion pendant la basse saison car la station est alors surdimensionnée : âge de boue élevé, problèmes de fermentation…
La plupart des stations d’épuration en zone touristique sont donc modulables et les exploitants peuvent alors les configurer en fonction des charges hydrauliques et organiques reçues. On distingue parmi celles-ci deux grandes catégories :
- les stations d’épuration avec un traitement
mixte : elles sont équipées d'un traitement physico-chimique en amont du traitement biologique. Pendant les périodes de faible charge, seul le traitement biologique fonctionne. Pendant la haute saison, l’exploitant réalise un prétraitement physico-chimique pour abattre une partie de la charge organique entrante. Cette solution permet de résoudre le problème de surcharge organique mais pas celui de la surcharge hydraulique. En effet, le clarificateur de la filière biologique sera toujours confronté à des vitesses ascensionnelles très élevées et, s'il est sous-dimensionné, le lit de boue sera toujours très instable.
- les stations d’épuration biologiques avec plusieurs files de traitement biologique en parallèle : en fonction de la charge hydraulique et organique reçue, l’exploitant a la possibilité d’ajouter ou de réduire le nombre de files biologiques pour assurer une qualité de rejet conforme aux normes. Ceci permet de mieux gérer les augmentations cycliques de charge mais pas les surcharges brutales. En effet, l’exploitant ne peut pas réagir rapidement et mettre une nouvelle file en fonctionnement en quelques heures. Aussi, généralement, anticipe-t-il la période de pointe et configure-t-il la station quelques semaines avant la haute saison.
Malgré toutes ces précautions, il arrive souvent que ces stations modulables soient sous-dimensionnées pendant la période estivale car la population touristique est trop importante. Les charges organiques et hydrauliques en entrée de station sont alors très élevées, la pollution dissoute mal dégradée et la décantation difficile à maîtriser dans le clarificateur (vitesse ascensionnelle trop élevée). L’exploitant doit alors envisager un traitement curatif pendant cette période difficile. La plupart des traitements curatifs consistent à mettre en œuvre un additif pour assurer une bonne décantation des boues activées dans le clarificateur. Ainsi l’exploitant peut abaisser la charge massique en augmentant la concentration en boue dans le bassin d’aération et augmenter les vitesses ascensionnelles dans le clarificateur sans risque de remontée du lit de boue. Les additifs utilisés pour optimiser la décantation des boues activées sont des additifs chimiques ou des additifs minéraux. Les additifs chimiques tels que les sels de fer et d’aluminium et les polymères favorisent la phase de coagulation-floculation. Toutefois, il apparaît qu’ils sont inefficaces en cas de surcharge hydraulique car la taille des flocs est augmentée mais leur densité reste toujours très proche de celle de l’eau. De plus, ils peuvent engendrer des problèmes de manipulation ou avoir des effets néfastes sur les transferts d’oxygène et l'activité bactérienne. Aussi, depuis une dizaine d’années, il existe sur le marché des additifs minéraux dont les principaux effets sont de favoriser la coagulation-floculation et de lester les flocs biologiques grâce à leur densité élevée. Parmi ces additifs minéraux Aquatal™ est le produit le plus utilisé.
Un additif minéral naturel
Aquatal™ a été mis au point et est commercialisé par la société Luzenac Europe pour optimiser le fonctionnement des stations d’épuration biologiques. C’est un mélange naturel de talc et de chlorite adapté aux besoins des stations d’épuration biologiques. Ses principales propriétés sont :
- Fixation rapide sur la biomasse : le ratio spécifique talc-chlorite confère à cet additif le caractère organophile nécessaire à une fixation rapide et efficace sur les flocs biologiques. Ainsi, chaque particule d’Aquatal™ sert de support au développement de la biomasse.
- Inertie chimique et biologique : les liaisons chimiques de la structure cristalline des talcs et des chlorites sont très stables. Cette stabilité est à l’origine de leur inertie. L’injection de cet additif dans la station d’épuration ne perturbe en rien l’activité biologique.
- Densité et répartition granulométrique adaptées : la courbe de répartition granulométrique d’Aquatal™ a été définie pour permettre un lestage optimal et une bonne remise en suspension des flocs biologiques.
- Non abrasivité : le talc et la chlorite sont les minéraux les plus tendres de notre planète. Aquatal™ ne contient ni carbonate ni quartz, minéraux abrasifs, ce qui évite toute usure prématurée des pièces électromécaniques.
Ces propriétés lui permettent d’augmenter considérablement les vitesses de décantation dans le clarificateur et de réduire le volume corrigé et l’indice de boue. Il sera donc utilisé dans les cas suivants :
- phénomène de foisonnement pour améliorer la décantabilité de la boue,
- surcharge hydraulique pour accepter des vitesses ascensionnelles plus élevées dans le clarificateur,
- surcharge organique pour augmenter la concentration en boue sans risque de remontée du lit de boue dans le clarificateur.
Un procédé simple et adaptable
Aquatal™ est utilisé depuis une dizaine d’années par de nombreux exploitants de stations d’épuration communales et industrielles à travers l’Europe. Sa facilité de mise en œuvre et sa rapidité d’action permettent d’adapter ce procédé aux besoins spécifiques des stations d’épuration. Il peut être utilisé en traitement permanent, ponctuel ou saisonnier.
Traitement permanent : la réponse aux problèmes chroniques
Le procédé Aquatal™ peut être utilisé en continu en cas de problème chronique de la station. Dans ce cas, l’exploitant injecte régulièrement l’additif dans la station pour maîtriser la décantation des boues activées. Les principaux exemples concernent des stations d’épuration communales sous-dimensionnées en attente d'une reconstruction ou d’une extension, ou des stations industrielles rencontrant des problèmes chroniques de boues légères ou de foisonnement filamenteux (ex. : industrie agro-alimentaire, papeterie).
Traitement ponctuel : la solution “pompier” pour un problème accidentel
Certaines stations d’épuration sont confrontées à une détérioration brutale de la décantation due, souvent, à un dysfonctionnement en amont de la station (arrivée d’eaux parasites, arrivée d’un toxique).
Une dose choc d’additif peut alors être injectée en quelques heures dans le bassin d’aération pour maîtriser la décantation et recouvrer un fonctionnement normal de la station en moins de 24 heures.
Ce type de traitement, dit “pompier”, est souvent utilisé dans des stations d’épuration recevant un effluent industriel pour pallier un problème ponctuel de remontée du lit de boue.
Traitement saisonnier : la maîtrise d’un problème périodique
Ce procédé est également utilisé dans des
stations d’épuration urbaines ou industrielles rencontrant des problèmes cycliques ou saisonniers de décantation. Dans ce cas, les problèmes peuvent être dus à :
- une activité industrielle saisonnière entraînant une variation de la qualité ou de la quantité d’effluent à traiter. C’est ainsi que certains industriels de l’agro-alimentaire utilisent cet additif pendant certaines campagnes de production.
- une activité touristique synonyme d’augmentation de la population et donc d’augmentation de la charge hydraulique et organique à traiter. Aquatal® est alors utilisé pendant la haute saison (les mois d’été ou d’hiver selon la situation géographique). Dans ce cas, il permet d’augmenter les vitesses de décantation, donc les débits admissibles par le clarificateur. De plus, si la capacité d’oxygénation est suffisante, l’exploitant peut profiter de l’amélioration de la décantation pour augmenter la concentration en boue dans le bassin d’aération sans risque de remontée du lit de boue dans le clarificateur. Grâce à cet additif, la capacité hydraulique et organique de la station est augmentée tout en respectant les normes de rejet en vigueur. C’est ainsi que plusieurs exploitants de stations d’épuration en zone côtière l’utilisent pendant les mois d’été.
Parmi ses utilisateurs saisonniers, nous pouvons citer l’exemple de la station d’épuration communale de Saint-Florent qui l’utilise de juin à septembre lorsque la charge entrante dans la station est maximale.
Optimiser la filière eau et boue
La station d’épuration de Saint-Florent (2B) a été construite en 1984. Elle est dimensionnée pour traiter 1 000 éq.hab l’hiver et 5 000 éq.hab l’été. Depuis la fin des années 90, la gestion de la station, facile hors période estivale, est devenue très problématique aux mois de juillet et août car les charges hydrauliques et organiques reçues dépassent très largement la capacité nominale de la station. Le tableau n° 1 rassemble les charges nominales et les charges entrantes moyennes et maximales traitées pendant la période estivale.
L’augmentation soudaine de la charge entrante engendre un développement de bactéries filamenteuses qui entraîne une dégradation de la décantation des boues, un mauvais épaississement dans le clarificateur et une déshydratation difficile des boues. Ces dysfonctionnements ont pour conséquence directe des départs de boue intempestifs vers le milieu récepteur et une dégradation de la qualité des eaux du port de Saint-Florent.
Suite à d’importants dysfonctionnements
Tableau 1 : Charge hydraulique et organique nominales et reçues par la station pendant la haute saison
| Capacité nominale | Moyenne avec Aquatal® | Pointe avec Aquatal® | |
|---|---|---|---|
| Vitesse ascensionnelle (m/h) | 0,35 | 0,40 | 0,95 |
| Débit journalier (m³/j) | 1 270 | 1 400 | 2 170 |
| Charge organique (kgDBO₅/j) | 275 | 323 | 728 |
survenus pendant l’été 2001, l’exploitant a cherché une solution efficace et facile à mettre en œuvre pour l’été 2002. Sur les conseils du Satese de Corse, la commune de Saint-Florent a décidé de mettre en place un traitement avec Aquatal®.
Fin mai 2002, un ingénieur spécialisé de Luzenac Europe est venu sur le site pour réaliser une série de tests de décantation en éprouvette sans et avec Aquatal®. Ces essais ont permis de mettre en évidence l’effet de cet additif sur la décantation (cf. graphe n° 1). En effet, un dosage de 0,4 g par gramme de biomasse (exprimé en MES) permet de passer d’un volume corrigé de 953 ml/l à un volume de 360 ml/l et de multiplier la vitesse de décantation par 11. Cela signifie, d’après l’abaque charge hydraulique superficielle limite en fonction du volume corrigé (CTGREF – 1979), que le débit admissible par le clarificateur passe de 1 022 m³/j à 2 972 m³/j pour un débit traité moyen de 1 400 m³/j en haute saison.
Sur les conseils de Luzenac Europe, la commune de Saint-Florent a procédé à une injection initiale de 3 t puis a injecté 100 kg
d’Aquatal® par jour pendant tout l’été afin d’assurer une qualité de rejet conforme aux normes malgré l’augmentation des charges hydrauliques et organiques en entrée de station.
Le traitement a pu être mis en œuvre très rapidement sans modification du fonctionnement de la station. L’additif a été injecté sous forme d’un lait de talc dans le bassin d’aération et les résultats obtenus ont été suivis par le service technique de Saint-Florent, le Satese de Corse et Luzenac Europe. Quelques heures après la première injection, l’exploitant a pu observer une augmentation de la taille des flocs biologiques en surverse du bassin d’aération.
La décantation s'est alors améliorée et le lit de boue s'est abaissé et s'est stabilisé dans le clarificateur. Ces résultats ont été confirmés les jours suivants avec un indice de boue entre 40 et 70 ml/g de biomasse. Le clarificateur a alors été capable d’accepter des vitesses ascensionnelles en pointe égales à 0,95 m/h et un débit moyen de 1 400 m³/j.
La décantation maîtrisée, l’exploitant a alors cherché à optimiser le fonctionnement de la station pour traiter toute la charge hydraulique et organique entrante et respecter les normes de rejet. Pour cela, et compte tenu de la capacité d’oxygénation disponible, la concentration en biomasse dans le bassin d’aération a pu être doublée pour abaisser la charge massique appliquée et donc augmenter les rendements épuratoires.
Le tableau n° 2 présente l’évolution des caractéristiques de la biomasse dans la filière eau et boue. Ces valeurs sont exprimées en MVS et non en MES pour pouvoir comparer la situation sans et avec Aquatal®.
Dans la filière boue, l’impact de l’additif a été très positif.
L’amélioration de la décantation a permis d’augmenter le coefficient d’épaississement des boues dans le clarificateur et donc de réduire le volume des boues liquides à déshydrater. Les boues en entrée de presse à vis étaient beaucoup plus épaisses, ce qui a amélioré le fonctionnement du Taster.
Tableau n° 2 : Les résultats obtenus sont comparés à ceux obtenus pendant la même période les années précédentes avec et sans Aquatal®
| IB (ml/g) | [MVS] (g/l) | [MVS] sortie clarificateur (g/l) | Siccité sortie Taster (exprimée par rapport aux MVS, %) | |
|---|---|---|---|---|
| Étés précédents sans Aquatal® | > 200 | 3 | 8 | 10,2 |
| Été 2002 avec Aquatal® | < 70 | 6,5 | 22,5 | 12 |
L’amélioration de la structure des flocs biologiques et la meilleure résistance de la boue au pressage ont permis d’augmenter :
- le flux dans la presse à vis de 40 % (en augmentant la vitesse de rotation et en diminuant les contrepoids en bout de vis) ;
- la siccité de la boue en sortie de déshydratation, ce qui permet de réduire de 20 % le volume de boue pâteuse à évacuer de la station pour une même production de boue ;
- la tenue en tas de la boue dans les bennes due à une siccité totale supérieure à 20 %.
Il faut noter que la nature et le dosage du polymère n’ont pas été modifiés lors du traitement.
Ainsi, pour la station d’épuration de Saint-Florent en surcharge hydraulique et organique pendant la période estivale, l’utilisation d’Aquatal® a permis d’augmenter la capacité épuratoire tout en améliorant la qualité du rejet. L’exploitant, satisfait des résultats obtenus en 2002, a recommencé un traitement dès le mois de mai 2003.
Conclusion
Le procédé Aquatal® peut être appliqué à toute station d’épuration biologique confrontée à une surcharge hydraulique et organique à certaines périodes de l’année. Ainsi, les variations de charge liées à certaines campagnes de production industrielle ou à l’augmentation de population en zone touristique l’hiver ou l’été peuvent être traitées dans des ouvrages sous-dimensionnés grâce à un dopage avec cet additif.
