Le lagunage, ses limites. Quelques exemples

Agence de Bassin,

RHÔNE-MÉDITERRANÉE-CORSE

LE LAGUNAGE NATUREL

Définition :

Le lagunage aéré naturellement (lagunage naturel) est un procédé de traitement des eaux résiduaires mettant en œuvre divers cycles biologiques (cycle du carbone, cycle du phosphore, cycle de l’azote) dans un milieu où se trouve maintenue une tranche d’eau permanente. Fondamentalement proche des procédés biologiques classiques, il s’en différencie notamment parce que :

• — aucune recirculation de l'effluent ne vient enrichir la flore bactérienne,
• — l'apport d’oxygène se fait naturellement grâce à l'activité photosynthétique des végétaux et aux échanges air-eau,
• — il est très dépendant des conditions climatiques.

Nous ne parlerons pas ici du lagunage anaérobie ni des lagunes conçues comme de simples décanteurs ou bassins-tampons.

Conception, réalisation :

Le caractère extensif du procédé offre de très larges facilités d’adaptation à l'intérieur d'un cadre défini par quelques règles :

• — conception générale : notons qu'il faut veiller à avoir une bonne étanchéité ; le coût d'étanchéification peut atteindre 100 F/m² ;
• — profondeur des lagunes à microphytes comprise entre un mètre et un mètre et demi. Ceci permet d'utiliser au mieux l'activité photosynthétique, qui est maximale jusqu’à 20 ou 30 cm et possible jusqu’à environ 1 m, tout en évitant le développement de végétaux supérieurs.
• — profondeur des lagunes à macrophytes : de 0,3 à 0,5 mètre ;

• charge organique admissible : de 40 à 60 kg de DBO₅/ha/jour. Notons que, pour les lagunes à macrophytes, la charge maximum admissible serait de 50 kg de DBO₅/ha/jour.
• temps de séjour. Traduisant la durée nécessaire à la prise en compte de la charge organique par les bactéries en suspension, il est, dans le cas d'un effluent domestique, de 60 jours. Rien ne s'oppose au surdimensionnement des ouvrages.

Avantages - Contraintes :

• fiabilité, adaptation aux variations de charges, facilité d'exploitation,
• pas de consommation d'énergie, entretien simple (faucardage),
• possibilité d'intégration au site,

mais

• nécessité de disposer d'une superficie importante,
• investissement important si le sol est trop perméable,
• sujétion aux conditions climatiques (ensoleillement, température, vent).

Une réalisation : E.T.I.T. à Tournon.

Activité :

• teinture (barques et autoclaves), impression (cadres et rouleaux) et apprêt sur tissus divers.

Conception :

3 bassins successifs dont la profondeur est d'environ 1 m. Les surfaces respectives sont d'environ 9 500 m², 3 500 m², 17 000 m². Il faut noter que le troisième et dernier bassin est envahi par les roseaux.

Réalisation :

Dans le courant de l'année 1972, l'industriel qui disposait de ces lagunes pour traiter les eaux résiduaires du secteur blanchiment-teinture (1 600 m³/j — rendement épuratoire de 100 % sur les MEST et d'environ 60 % sur les MO), a raccordé à ce système les eaux résiduaires du secteur impression (2 800 m³/j).

Résultats obtenus :

Trois campagnes de mesures ont été réalisées par des mandataires de l'Agence. En temps normal il s'avère que seulement la moitié des rejets de l'atelier impression (dont le rejet moyen journalier est d'environ 4 000 m³) transite par les lagunes.

Dans les conditions de fonctionnement actuelles et en période sèche et chaude les résultats obtenus sont les suivants :

Le rendement de ce lagunage a pu atteindre : 64 % de la DBO5, 51 % de la DCO, 35 % des MEST.

La charge apparente de la lagune est comprise entre 100 et 150 kg de DBO5/ha/j.

Le temps de séjour virtuel est d’environ une semaine.

Les conditions sont loin d’être optimales. Les eaux résiduaires rejetées par cet établissement sont très diluées.

Malgré tout, ces lagunes ont un effet d’homogénéisation et de réduction des charges polluantes rejetées par l'atelier de teinture-blanchiment, les rejets de l'atelier d'impression ayant une composition très voisine de celle de l’effluent sortant de la lagune.

Notons enfin que le rejet final aboutit au Rhône.

Étude en cours : Manufacture d'impression de Saint-Bueil.

Activité : Impression sur étoffe après un éventuel blanchiment ou une teinture de fond pour une part des tissus traités.

Pollution : L'usine utilise environ 600 m³ d’eau/tonne de produit traité. L’effluent global (environ 1 500 m³/j) a la composition suivante :

DBO5 : 85 mg/l ; DCO : 645 mg/l ; MEST : 100 mg/l ; N kjeldahl : 41 mg/l ; P : 0,4 mg/l ; COT : 170 mg/l.

Lagune pilote : Conçue pour fonctionner à l’échelle 1/10, elle est constituée d'un premier étang de 500 m² suivi d'une lagune de 2 000 m² ; les deux lagunes ont une profondeur d’environ 1 m.

L'alimentation se fait par pompage à partir de l'égout existant ; une régulation du pH est effectuée à l’aide d’acide sulfurique.

Le laboratoire de l'usine assure un suivi quotidien, par mesure de la DCO, de la charge de pollution à l'entrée et à la sortie de la lagune. La Société CIBA, chargée du suivi de l’étude, contrôle l'efficacité de la lagune au moyen d’analyses (DCO, DBO5, MES, couleur) hebdomadaires ; trois visites plus approfondies doivent permettre un examen plus complet et des analyses complémentaires.

Premiers résultats : Une première période de contrôle (2e et 3e trimestres 1980) a montré que, pour un temps de séjour moyen d'environ 16 jours, le rendement pourrait atteindre :

30 à 50 % pour l’élimination de la DCO ;

70 à 80 % pour l’élimination de la DBO5 ;

40 % pour l’élimination des MEST.

Des rendements supérieurs sont possibles.

L'élimination de la couleur est satisfaisante.

Une seconde période de contrôles plus poussés vient d’être entreprise. À son issue, à la fin du second semestre 1981, l’examen des résultats obtenus devrait permettre à la direction de l'usine de décider, en accord avec les administrations concernées, de la faisabilité de cette méthode de traitement.

Si le lagunage naturel était retenu, il sera bien entendu nécessaire d'effectuer une étude géologique du site.

LE LAGUNAGE AÉRÉ :

Définition : C'est un dispositif intermédiaire entre les systèmes extensifs (lagunage naturel) et les systèmes intensifs.

Proche de ces derniers par l'existence d’un bassin de traitement, dans lequel l’oxygène apporté par des aérateurs contribue à la biodégradation des charges, il s’en différencie par l'absence de recirculation de la culture bactérienne.

La lagune d'aération peut être du type aérobie si la puissance de brassage est suffisante pour éviter les dépôts ou de type aérobie-anaérobie facultatif dans le cas contraire, cas le plus fréquent. Cette lagune d'aération est, en général, suivie d'une lagune de décantation.

Conception - réalisation :

Parmi tous les processus de dégradation ce sont ceux faisant intervenir des bactéries qui sont, de loin, les plus importants. Les performances de traitement sont liées à la biomasse maintenue dans la lagune.

— les bassins d’aération ont une profondeur de 2 à 4 m lorsqu’on utilise des aérateurs de surface. Dans le cas d'une aération par insufflation d’air la profondeur doit être supérieure à 4 m. — la puissance spécifique installée est de 3 à 6 W/m². — le temps de séjour dans le bassin d'aération est compris entre 15 et 20 jours (cas d'un effluent urbain). — la lagune de décantation a une profondeur d'environ 2 à 3 m. Le temps de séjour y est d'environ 5 jours. Cette dernière lagune doit être curée dès que la profondeur utile n'est plus que d'un mètre (tous les 3 ou 4 ans).

Avantages - inconvénients :

— système de conception simple et d’exploitation aisée pouvant supporter d’importantes variations de charge, mais : — sensibilité aux variations de température, — coût en énergie important, — possibilité de dégager de mauvaises odeurs à partir des zones anaérobies, — coût d'investissement parfois élevé.

Deux réalisations :

1. Texunion à Saint-Jean-la-Bussière :

Activité :

Désencollage et teinture de tissus synthétiques divers.

Pollution :

L'usine utilise environ 100 m³ d'eau par tonne de tissu traité.

Les eaux résiduaires (environ 1 500 m³/jour) ont une composition relativement stable.

DBO₅ ≃ 100 mg/l ; DCO ≃ 640 mg/l ; MEST ≃ 50 mg/l ; MESO ≃ 40 mg/l ; pH moyen sur 8 heures ≃ 7,6.

Conception :

Le bassin d'homogénéisation dont le volume utile peut atteindre 1 100 m³ a été équipé de deux aérateurs de 4 kW.

À sa suite a été conçu un système comprenant trois lagunes d'aération ayant toutes une profondeur d’environ 2,5 m :

Lagune n° 1 (5 000 m³) équipée de 4 turbines flottantes (4 × 11 kW). Lagune n° 2 (7 500 m³) équipée de quatre turbines flottantes de 11 kW chacune. Lagune n° 3 (5 200 m³) équipée d'une turbine flottante de 11 kW.

Ces trois lagunes sont suivies d'une lagune de décantation :

Lagune n° 4 (7 500 m³).

Le rendement prévisionnel, pour l'élimination de la DCO, devait atteindre 50 % d’après des essais menés en laboratoire. Il faut noter que d'autres essais de laboratoire tendaient à projeter des rendements de 35 à 45 % pour un procédé biologique classique et d'environ 50 % à 55 % pour un physico-chimique.

Réalisation :

Commencées au début de l’année 1975, les lagunes ont été mises en service le 1ᵉʳ avril 1976. Le temps de séjour est d’environ 3 semaines. Leur coût s'est élevé à environ 1 MF.

Le coût prévisionnel de fonctionnement était de 100 KF (dont 60 KF d’électricité).

Résultats :

Dès le mois de mai 1976, une première campagne de mesure confirmait les possibilités du système dont le rendement apparent atteignait les valeurs suivantes : 90 % sur la DBO₅, 50 % sur la DCO, 30 % sur les MEST, 0 % sur la couleur (selon le test Pt-Co).

Par la suite le laboratoire de l’usine a suivi, sur deux échantillons pris hebdomadairement à l’entrée et à la sortie du système, la variation des valeurs de la DBO₅ et de la DCO :

48 < DBO₅ entrée < 111 mg/l ;

7 < DBO₅ sortie < 15 mg/l ;

520 < DCO entrée < 826 mg/l ;

345 < DCO sortie < 420 mg/l.

Une campagne de mesure réalisée les 1ᵉʳ et 2 juillet 1980 par un mandataire de l’Agence a confirmé ces résultats, les valeurs suivantes ayant été mesurées sur des périodes de 8 h consécutives :

Grandeurs mesurées | Volume m³ | DBO₅ mg/l | DCO mg/l | MEST mg/l

Horaire :

Nous retiendrons que le rendement, pour l’élimination de la DCO, peut atteindre 50 %.

Malgré un temps de séjour important, environ trois semaines en tout, le rendement moyen pour l’élimination de la DCO n’est que d’environ 50 %.

L’effluent traité présente un problème de couleur.

Divers essais ont été menés sur ces lagunes pour en améliorer le fonctionnement, aucun n’a abouti :

— un système physico-chimique de finition serait lourd en investissement et en fonctionnement ; — l’ensemencement par des souches bactériennes et le recyclage d’une partie des boues biologiques n’ont pas montré d’amélioration notable.

Le coût de fonctionnement est réduit mais pas négligeable vu la consommation électrique (75 kW installés fonctionnant 24 h/24 h et ce, 300 jours par an).

La surface occupée est importante et atteint environ 3 ha.

Dans la situation actuelle, le traitement des rejets de l’usine a induit une amélioration notable de la qualité du Rhin, amélioration constatée par les pêcheurs eux-mêmes.

2. T.S.R. à Munas :

Activité : Blanchiment teinture et apprêt de textiles divers.

Pollution :

L’usine, anciennement implantée à Annonay, consommait en 1974 environ 394 m³ d’eau/t, les coefficients de pollution spécifique moyens étaient de 77 kg de DCO/t et de 25 kg de DBO₅/t.

La consultation portait sur une première phase pour traiter 5000 m³/j (208 m³/t de tissu) contenant quotidiennement : 2600 kg de DBO₅, 6600 kg de DCO et 700 kg de MEST.

Pour la mise en service de l’usine (année 1975) il était prévu de ne traiter que 3500 m³/j d’eau résiduaire contenant 1300 kg de DBO₅ et 3300 kg de DCO.

Conception

Le projet présenté par la Société WANGNER-Assainissement comprend, après un dégrillage des effluents :

Une lagune aérée en forme de U de capacité 30 000 m³ et de profondeur 3 m.

Le bassin est étanchéifié par des feuilles de BIDIM. Dans la phase de démarrage (3500 m³/j) l’insufflation d’air sous pression se fait à l’aide de 72 « hélixors » (nombre pouvant être porté à 130 pour traiter 5000 m³/j). Trois zones sont à considérer :

— 1ʳᵉ partie 3000 m³ pour homogénéisation et brassage (densité élevée en « hélixors ») ; — 2ᵉ partie 22 000 m³, temps de séjour > 4,5 jours pour le bassin d’aération à un débit maximum ; — 3ᵉ partie 5000 m³ pour le bassin de décantation.

Il était prévu de recycler les eaux, avant décantation, en tête de lagune avec un débit de recyclage.

égal à deux fois le débit moyen de l’effluent. Ceci avait pour but d’apporter l’oxygène résiduel mais aussi de mélanger et de diluer l’effluent brut.

Le rendement prévisionnel : d’après les résultats obtenus aux États-Unis dans une lagune aérée, fonctionnant avec des aérateurs de surface, devrait atteindre 90 % pour l’élimination de la DBO5.

Le constructeur donnait les garanties suivantes :

DBO5 < 40 mg/l ; DCO < 120 mg/l ; MEST < 30 mg/l.

Réalisation :

Les travaux ont été réalisés en 1975, le système correspondant à la 1ʳᵉ phase de démarrage a été mis en service en 1976.

Le coût de l’opération, pour traiter 3 500 m³/j, atteignait 3 MF avec 70 « Hélixors » ; il aurait dû atteindre 3,7 MF environ avec 130 « Hélixors » pour traiter 5 000 m³/j d’effluent.

Résultats :

Divers organismes se sont intéressés, à un moment ou à un autre, au suivi de cette installation.

Les 19 et 20 décembre 1977 l’Agence a fait réaliser par un de ses mandataires une campagne de mesure de 24 heures dont les résultats, analysés sur trois périodes consécutives de 8 heures, ont été portés dans le tableau ci-dessous :

Depuis plus d’un an, le laboratoire de l’usine suit les valeurs de la DCO à l’entrée et à la sortie de la lagune avec une fréquence minimum d’une analyse par semaine. À l’entrée de la lagune la valeur moyenne de la DCO est comprise entre 400 et 600 mg/l alors qu’à la sortie il reste encore 250 à 400 mg/l de DCO.

Le coût estimatif de fonctionnement de la lagune est de 100 KF/an (dont 80 KF d’électricité pour les compresseurs d’air).

Malgré un temps de séjour d’environ une semaine (recirculation d’environ 70 m³/h d’eau traitée) le

Grandeurs mesurées :

Horaires – Entrée lagune

Horaires – Sortie lagune

Horaires – Rejet rivière

Le rendement, pour l’élimination de la DCO, ne dépasse jamais 50 % dans les meilleures conditions. L’eau traitée est grisâtre.

Des essais d’ensemencement bactériens n’ont pas donné de résultats.

En hiver les rendements d’élimination de la DCO chutent à environ 10 à 15 % alors que, pour la DBO5, ils n’atteindraient que 50 %.

QUELQUES QUESTIONS EN GUISE DE CONCLUSION :

Lagunage naturel :

Cette technique nous semble pouvoir être utilisée, dans certains cas particuliers et après essais, pour traiter les eaux résiduaires rejetées par des usines de la branche ennoblissement textile. Nous ne saurions trop insister sur la nécessité d’essayer « in situ » ce procédé dont l’extrapolation, à partir de données seulement fiables lorsqu’il s’agit d’eaux résiduaires urbaines, ne saurait présenter des garanties suffisantes.

Nous comptons beaucoup sur les essais en cours à Saint-Bueil pour apprécier les charges applicables (60 kg de DBO5/ha ?), les rendements possibles et l’adaptation de ce procédé à ce cas particulier.

Lagunage aéré :

Sauf cas particulier cette technique ne semble pas présenter d’intérêt spécial pour le traitement complet d’un effluent aussi complexe.

Nous considérons que la lagune aérée par les « hélixors » est proche d’un système biologique classique très faible charge qui aurait probablement été tout aussi compétitif pour assurer un traitement satisfaisant.

Il serait tout de même gênant que le seul avantage de ces lagunes aérées en soit la facilité d’exploitation et la relative fiabilité si on ne tient pas compte de la nette baisse d’activité observée en hiver.

Péroraison :

Le traitement des effluents n’est pas une fin en soi. Nous espérons que, grâce à des mesures internes, des recyclages, des changements dans les habitudes ou les procédés, il ne restera bientôt plus à épurer que ce qui doit réellement être traité avant rejet au milieu naturel.

Nous ne sommes pas encore résolus à considérer le lagunage comme un simple ouvrage de sécurité ou un traitement tertiaire éventuel.

L’homogénéisation correcte et le rejet à débit régulier d’un effluent font que ce dernier est probablement plus tolérable pour le milieu naturel.

— L’augmentation relative de la valeur des rapports DCO/DBO5 constitue-t-elle un indice d’inhibition ?

— Faut-il faire subir à l’influent ou à l’effluent en entier ou pour partie des prétraitements spécifiques ?

— La DCO résiduelle peut-elle ou non être réduite par simple filtration ?

Les possibilités de ce système devront être examinées et étudiées au cas par cas et, a priori, « in situ » lorsqu’il s’avérera que les conditions géologiques, écologiques et économiques lui sont favorables.