L?usine d'épuration de Saint Cyprien (Pyrénées Orientales) a été conçue afin de délivrer une eau traitée de qualité e/NGL1/PT1 pour des variations de charge au cours de l'année allant de 8 000 à 80 000 equivalent-habitants. 4 files en aération prolongée avec déphosphatation biologique permettent d'obtenir en toutes saisons cette qualité. Pendant la période estivale, l'effluent, en partie filtré, est en outre désinfecté aux U.V. Les bassins non utilisés pendant la basse saison peuvent servir de bassins d'orage. Une dégradation biologique aérobie des graisses permet de limiter le volume de déchets des prétraitements. Enfin, une filière de compostage des boues déshydratées sur des combinés tables d'égouttage et filtres à bande produit un compost apprécié par les exploitants de cultures viticoles et arboricoles.
Une dégradation biologique aérobie des graisses permet de limiter le volume de déchets des prétraitements. Enfin, une filière de compostage des boues déshydratées sur des combinés tables d’égouttage et filtres à bande produit un compost apprécié par les exploitants de cultures viticoles et arboricoles.
En 1994, le SIVOM du Scylas, regroupant les communes de Saint Cyprien, La Tour Bas Elne et Alenya, dans le département des Pyrénées-Orientales, décidait de se doter d’une station d’épuration d’une capacité de 80 000 équivalent-habitants. En raison de leur vocation touristique, les communes du SIVOM sont sujettes à des
Mots clés : abattement du phosphore (Azenit-P*), désinfection UV, prétraitement, dégradation biologique des graisses (Biolix*), déshydratation sur combiné table filtre à bande, compostage.
fluctuations saisonnières de population auxquelles l'usine d’épuration devait pouvoir s'adapter, afin que le rejet au milieu naturel, dans le port de plaisance de Saint-Cyprien, soit conforme, en toute saison, à l'objectif de qualité.
Présentation de la station
Cet objectif devait prendre en compte, outre le traitement de la pollution carbonée, celui de l'azote et du phosphore afin d’atteindre le niveau NGL/PTL. De plus, une décontamination bactérienne devait être assurée toute l’année selon l'arrêté préfectoral. Adjudicataires du marché, OTV et CEO se devaient de répondre à ces contraintes de charge très variables concernant la file eau. Aussi a-t-il été proposé une filière biologique en eau brute, comportant quatre files en parallèle afin de s'adapter au mieux aux fortes variations de charge. L'eau épurée subissant un traitement final, une désinfection aux UV précédée en partie d'une filtration sur sable a été mise en place afin que la qualité de l’effluent soit conforme à la directive de l’OMS (reprise par le Conseil supérieur d’Hygiène publique de France concernant la qualité requise pour l'utilisation des eaux usées à des fins d’arrosage). À terme, il est en effet prévu d'utiliser une partie de l'eau épurée, filtrée et désinfectée en irrigation.
L'usine d’épuration étant alimentée par pompage, il est également prévu, durant la période creuse d’octobre à mai, d’utiliser les bassins biologiques vides (trois files sur quatre) comme bassins de stockage des eaux de pluie. Ce choix permet ainsi une bonne rentabilisation du surinvestissement nécessaire sur une station calculée pour des rapports de charge polluante de 1 à 10.
Mais, à côté des impératifs de niveau de qualité d'eau, il convenait de répondre au souci d'élimination des sous-produits de l’épuration : les déchets du prétraitement et les boues. Sans attendre le décret 97-517 du 15 mai 1997 assimilant les graisses à des déchets dangereux, il est apparu souhaitable de réduire, voire d’éliminer à la base cette nuisance. Une solution de dégradation aérobie des graisses fut donc mise en place.
En ce qui concerne les boues, la conformité aux exigences de l'épandage était acquise d'avance compte tenu de la nature purement urbaine de l'effluent. Toutefois, l’environnement immédiat se prêtant mal à l’épandage direct de boue, la solution de boue compostée est apparue la mieux appropriée aux besoins du milieu agricole environnant : arboriculteurs et viticulteurs principalement.
File eau
Capacité de l’usine
L'usine d’épuration est dimensionnée pour une capacité de 80 000 EH extensible à 100 000 EH.
Les capacités nominales sont décrites dans le tableau 1.
L'effluent est 100 % urbain.
Tableau 1 : Capacité nominale de l’usine
| Paramètre | Entrée | Eau traitée |
|---|---|---|
| débit maximal journalier | 14 000 m³ /j | |
| débit nominal journalier | 11 000 m³ /j | |
| débit maximal horaire | 1 000 m³ /h | |
| DCO | 11 700 kg /j | < 90 mg /l |
| DBO₅ | 4 600 kg /j | < 30 mg /l |
| MEST | 7 200 kg /j | < 30 mg /l |
| NTK | 1 200 kg /j | |
| NGL | 320 kg /j | < 2 mg /l ou 80 % |
| PT | — |
Prétraitements
Ils se composent :
- – d'un dégrillage 15 mm sur grille droite ;
- – d'un dessablage/déshuilage sur deux ouvrages circulaires de diamètre 7,4 m équipés de turbines.
Traitement biologique
Le procédé de boues activées Azenit-P® permet d'assurer, au sein d'un même ouvrage, l'abattement du carbone, la nitrification et la dénitrification de l'azote ainsi que l’absorption du phosphore. Le principe en est le suivant : les eaux prétraitées passent d’abord dans une première zone de contact anoxique afin d’assurer le mélange des boues recirculées contenant des nitrates avec l'eau prétraitée, permettant ainsi l’élimination des nitrates en azote gazeux par dénitrification. Le mélange arrive alors dans une zone anaérobie dont la fonction est la sélection des espèces non filamenteuses et la préparation à la sur-assimilation biologique du phosphore. L’ensemble de ces deux zones représente un volume de 600 m³ par file. Après mélange avec les liqueurs mixtes, les eaux passent ensuite dans une zone anoxique de 750 m³ afin de réaliser la dénitrification des espèces nitrates recirculées dans les liqueurs mixtes. Enfin, une zone aérée de 2 550 m³ permet classiquement la dégradation de la DBO, la nitrification et l'abattement biologique du phosphore, abattement
Complété à hauteur de la garantie par co-précipitation au chlorure ferrique.
L'âge de boue est de 18 jours en période estivale.
Jusqu'à 4 files biologiques en parallèle de 3 900 m³ unitaires peuvent être utilisées pendant les 2 mois de pointe estivale en été, une seule file pouvant fonctionner en hiver. En outre, pendant cette période hivernale, les eaux de temps de pluie peuvent être acheminées vers les bassins vides lorsque le débit dépasse 500 m³/h grâce à une vanne automatique de surverse.
Les zones non aérées sont agitées par des agitateurs immergés. L'aération est assurée par 4 surpresseurs, dont 2 peuvent fonctionner en bi-vitesse. Un cinquième surpresseur est installé en secours.
Deux clarificateurs suceurs de 36 m de diamètre, précédés de bâches de dégazage, complètent l'ensemble.
Les flottants des clarificateurs et des bâches de dégazage sont acheminés vers le traitement des boues afin d'extraire les espèces potentiellement filamenteuses du circuit de traitement de l'eau.
Traitements tertiaires
- 150 m³/h maximum sont passés sur 2 filtres à sable avant désinfection à l'aide d'un traitement UV (de marque Trailigaz) en vue de la production d'eau industrielle ou d'une irrigation future, l'eau filtrée étant stockée dans une bâche.
- Le reste (850 m³/h maximum) subit une désinfection directe aux UV avant rejet maritime via un canal.
Traitement des déchets des prétraitements
Le bâtiment des prétraitements intègre également les ouvrages et équipements de traitement des déchets, soit :
- une bâche à matière de vidange de 150 m³ ;
- le pompage se faisant en heures creuses vers l'amont du dégrilleur ;
- un traitement biologique des graisses Biolix, dans un réacteur aéré de 75 m³. L'aération en profondeur est assurée par des diffuseurs d'air à membrane EPDM ;
- un compacteur à vis des refus de dégrillage suivi d'un ensachage ;
- deux pompes d'extraction des sables vers un classificateur à vis.
Traitement des boues
860 kg MS/jour peuvent être admis sur 3 ensembles combinés table d'égouttage / filtre à bande développant 7 m de largeur de bandes au total. La préparation du polymère, en poudre ou en émulsion, sur une centrale est automatique. Le lavage des toiles est assuré, soit par l'eau des clarificateurs, soit par l'eau industrielle (filtrée, désinfectée) via un groupe de surpression.
Compostage
Il est basé sur la technique de l'aération en andain non retourné avec un double recyclage du compost non mature et du co-produit dont le principe est donné dans le schéma suivant :
L'atelier de mélange
Celui-ci se compose essentiellement de 2 trémies de 30 m³ stockant respectivement du compost recyclé et de l'agent structurant (plaquettes broyées). Chaque trémie est équipée d'un tamis d'extraction à motovariateur. La boue refoulée par la gavopompe de l'atelier de déshydratation, le compost recyclé et les écorces alimentent un mélangeur à soc de charrue. Le mélange est ensuite évacué par un élévateur à vis vers une cellule de réception permettant de stocker quelques heures ce mélange avant son évacuation par tractopelle vers l'aire de compostage.
En première approximation, le ratio volumique boue / co-produit / compost à introduire dans le mélangeur est de 1/1/2 à 15 % de siccité de la boue. Ce ratio peut cependant être affiné par l'exploitant afin d'optimiser son mélange dans le sens d'un meilleur compostage (notamment en terme de siccité du mélange et du degré de vide), c'est-à-dire d'une réduction du temps de compostage ou d'une meilleure dégradation finale.
Reprise du mélange vers les cellules d’aération
Les cellules sont au nombre de 9. Elles accueillent chacune 1 andain de 240 m² sur 3 drains. La conduite du procédé se fait en mesurant la température des andains et en réglant en conséquence le volume d’air quotidien injecté, voire le sens de circulation de l’air (en aspiration ou en refoulement). Pendant la phase thermophile odorante, l’air est ainsi aspiré à travers les andains puis refoulé sur un tas de compost mature assurant une biodésodorisation efficace. Par ailleurs, chaque andain est repéré et son temps d’aération affiché au superviseur. En fin d’aération, la perte de volume des andains peut atteindre 30 %.
Reprise des andains
Après quelques semaines, une partie des andains est reprise pour assurer l’alimentation de la trémie de compost à recycler, une autre étant stockée quelques temps dans les cellules de maturation avant d’être criblée sur un trommel dont la maille peut être choisie en fonction de la qualité du compost désiré (selon les critères définis dans la norme NFU 44051 relative aux amendements organiques). Le passant du trommel, représentant environ la moitié du volume introduit, est alors renvoyé vers les cellules de maturation, le reste, constitué essentiellement de coproduit, est recyclé dans la trémie de coproduit. La réduction ultime de volume pendant la phase de maturation est de l’ordre de 10 %.
Résultats process
Les résultats suivants ont été obtenus pendant la période estivale.
Performances globales du traitement de l’eau
Sur ce type de station, la performance doit être appréciée pendant la période de pointe. Il est également indispensable de suivre au mieux la montée en charge. Sur un été, on a ainsi observé le type de profil (voir figure 5). Par rapport au nominal, on a ainsi traité en pointe une charge correspondant à peu près aux ¾ de la capacité de l’usine. Afin de se conformer aux charges de dimensionnement, l’installation a donc fonctionné avec 3 files au lieu de 4. Une campagne de mesure, effectuée pendant la semaine de pointe, montre le respect de la qualité épuratoire garantie (au sens de la circulaire du 04/11/1980) (Tableau II).
Traitement biologique et déphosphatation
Les valeurs moyennes relevées lors de la semaine de pointe figurent dans le tableau III. Quant à la consommation de chlorure ferrique, elle s’élève à 54 mg de FeCl₃/l. Considérant les concentrations en entrée précédentes, le rendement RDTmoy de la déphosphatation biologique est approché par la relation suivante : RDTmoy = 0,03 × [DBO₅P] en entrée ≈ 45 % Le résiduel de P total, de l’ordre de 9 mg/l, est alors réduit à une valeur de 1,8 mg/l au taux de traitement de 54 mg/l (FeCl₃ pur), ce qui est tout à fait conforme à la théorie.
Traitements tertiaires
Filtration sur sable
Les MES en sortie sont à la limite de la détection, de l’ordre de 1 mg/l. La rétention des colloïdes est très efficace, l’eau filtrée ne présentant aucune opalescence ou coloration.
Désinfection UV
Sur la filière 850 m³/h (eau non filtrée), la désinfection a donné de très bons résultats.
avec, pour Escherichia coli et les Entérocoques, des concentrations moyennes après UV de l’ordre de 20 germes/100 ml. Les abattements moyens constatés sont respectivement de 3,1 et 2,5 unités log.
Les garanties de désinfection ont donc été largement respectées. Les UV ont également été très performants pour éliminer les virus. En conditions courantes d’exploitation, la destruction des bactériophages FRNA (qui seraient parmi les virus les plus résistants aux UV) a été quasi-totale après irradiation. La qualité du rejet a donc été bien supérieure à la qualité minimum requise pour les eaux de baignade (conformité à une eau de niveau A).
Durant l’été, l’entretien de l’installation UV a consisté simplement en un nettoyage complet réalisé à la fin juillet et un lavage au jet à la fin août. Une telle absence d’entretien a été rendue possible par la très bonne qualité physico-chimique de l’effluent et des dispositions de rétention des algues (passage par une cloison siphoïde).
Sur la filière 150 m³/h (eau filtrée sur sable), les résultats figurent dans le tableau IV.
Tableau IV : Résultats obtenus sur la filière eau filtrée sur sable
| Organisme | Paramètre | Amont UV (NPP/100 ml) | Aval UV (NPP/100 ml) | Abattement log |
|---|---|---|---|---|
| E. coli | Moyenne | 6 674 | < 11 | > 3,0 |
| E. coli | Min. | 1 250 | < 11 | |
| E. coli | Max. | 34 400 | 43 | |
| Entérocoques | Moyenne | 5 459 | < 11 | > 1,9 |
| Entérocoques | Min. | 191 | < 11 | |
| Entérocoques | Max. | 6 500 | < 11 |
La qualité de l’effluent a été excellente : la transmission UV a toujours été supérieure à 72 % et la turbidité inférieure à 2 NTU.
La filtration a permis d’améliorer la qualité physico-chimique de l’effluent en diminuant la teneur en MES de 8 mg/l en moyenne et la turbidité de 3 NTU tout en améliorant la transmission UV de 5 %.
La filtration sur sable est une barrière pour les œufs d’helminthes qui, dans le cas présent, constituent un risque marginal avant la filtration et nul après. La désinfection UV a été particulièrement performante vis-à-vis des Escherichia coli, des Entérocoques et des virus. Les concentrations dans l’eau traitée ont été globalement inférieures aux seuils de détection.
La filtration ainsi couplée à la désinfection UV a permis d’atteindre aisément les critères de réutilisation de niveau A.
Traitement biologique des graisses
Les eaux graisseuses représentent un volume de l’ordre de 3,5 à 4 m³/j.
Les valeurs relevées sur le bioréacteur sont illustrées dans le tableau V.
Il s’agit de valeurs moyennes car la qualité même du flux entrant est très variable et l’échantillonnage peu aisé à cause d’une quantité importante de flottants en fermentation (graines, pépins…) apportant, par ailleurs, un complément naturel en azote et phosphore. De ce fait, les additions de nutriments minéraux (sous forme d’engrais) furent très limitées sur cette installation.
Les performances du Biolix sont donc tout à fait satisfaisantes au vu des rendements. En outre, on a observé une excellente réduction des odeurs ainsi qu’un indice de boue de 30 ml/g seulement confirmant la bonne dégradation des graisses et le degré poussé de stabilisation obtenu. De ce fait, la pollution particulaire ou dissoute en sortie de ce bioréacteur est facilement éliminée sur l’étage biologique ou au niveau du décanteur.
Ces performances sont à mettre en relation, d’une part, avec les conditions climatiques favorables (la température de l’eau brute est supérieure à 20 °C durant la haute saison) et, d’autre part, à la conception même de l’ouvrage limitant, de par son emplacement
Tableau V : Valeurs élevées sur le bioréacteur
| Concentration en DCO entrée réacteur | g/l | 35 |
| Temps de séjour | j | 19,5 |
| Volume de la cuve | m³ | 75 |
| Flux de DCO appliqué | kg/j | 135 |
| Charge volumique en DCO | kg/m³/j | 1,80 |
| DCO réacteur = DCO sortie | g/l | 7,20 |
| Rendement d’abattement de la DCO | % | 75 |
| MS réacteur | g/l | 8 |
| Fraction volatile | % | 73 |
| Rendement d’abattement des MS | % | 65 |
…et sa forme, les pertes thermiques et assurant un brassage et une oxygénation efficace. De ce fait, les températures ont pu atteindre 40 °C en pleine saison.
Traitement des boues
Les performances observées sur l’ensemble de l’atelier de déshydratation pendant la semaine de pointe sont illustrées dans le tableau VI.
Ces résultats sont conformes à ceux attendus dans le marché. La traitabilité de la boue est bonne, ce qui était déjà prévisible compte tenu des caractéristiques de la boue activée.
Compostage des boues
Les valeurs analytiques issues des trois étapes de compostage sont représentées dans le tableau VII. La qualité du compost mature est ainsi mise en évidence : le compost obtenu satisfait à la norme NF U 44-051 en termes de granulométrie et de composition (compost ménager). Afin de garantir la traçabilité du compost en recyclage agricole, celui-ci est toutefois épandu dans le cadre d’un suivi agronomique. Cette disposition est conforme à la législation actuelle, traduite par le récent décret 97-1133 du 8 décembre 1997.
Tableau VI : Traitement des boues
| Débit | m³/h | 100 à 120 |
| Concentration en matières sèches en entrée | g/l MS | 6,8 à 8,5 |
| Concentration en matières en suspension | g/l MES | 5,3 à 7,6 |
| Siccitė sortie des égouttage | % | 5 à 7 |
| Charge massique en matières sèches | kg/h | 500 à 950 |
| Taux rétention en polymère (émulsion) | kg/MS | 3,5 à 8 |
| MES des filtrats (tables + bandes presseuses) | mg/l | 150 à 750 |
| Débit d’eau de lavage (sous 6 à 8 bar) | m³/h | 55 à 80 |
| Siccitė cake | % | 15 à 17 |
Tableau VII : Compostage des boues
| Boues déshydratées | Mélange | Compost mature | |
|---|---|---|---|
| Siccitė (%) | 16 % | 41 % | 52 % |
| Matières organiques (%) | 65 % | 49 % | 65 % |
| Densité | 0,95 | 0,75 | 0,51 |
| C total (%) | 32 % | 41 % | 23 % |
| C/N | 9 | 23 | 23 |
Conclusion
L’enquête menée sur cette station a mis en évidence :
- la conformité du traitement de l’eau à la norme fixée pendant la période critique,
- la maîtrise de la montée en charge de la station selon des procédures bien établies,
- l’optimisation des conditions d’exploitation, notamment par le recours à la déphosphatation biologique et à la dégradation biologique in situ des graisses,
- la qualité de l’eau épurée concernant l’aspect désinfection,
- la qualité des boues compostées donnant toute satisfaction aux utilisateurs finaux.
Cette réalisation montre donc l’intérêt de penser très en amont la conception mais également l’exploitation d’une usine d’épuration perçue dans son intégralité (qualité de l’eau et des boues) en combinant des techniques classiques et éprouvées telles que le procédé Azenit-P® ou le compostage, et des techniques plus récentes telles que le traitement biologique des graisses Biolix® ou la désinfection UV.
