Les microstations et l'intermittence : un débat qui dure?

Dans le prolongement des essais réalisés dans le cadre de l’obtention du marquage CE selon l’EN12566-3+A2 et de l’agrément français, des essais complémentaires ont été menés afin d’évaluer le comportement de la petite station d’assainissement face à de fortes et diverses sollicitations.

TEH correspond à une charge hydraulique de 150 l/j. Cette station a donc un régime hydraulique nominal de 900 l/j.

IFAS : littéralement « Integrated Fixed-film Activated Sludge ». Cette technologie est un type de culture fixée sur supports mobiles.

Lors de la publication de l’arrêté du 7 septembre 2009 (modifié en 2012), les microstations d’épuration ont été reconnues comme un traitement à part entière. L’arrêté a donc mis en lumière les deux procédures obligatoires nécessaires à la mise sur le marché de filières agréées. On distingue deux procédures :

• • simplifiée, lorsque le dispositif de traitement a déjà fait l'objet d'une évaluation au titre du marquage CE ou lorsque le dispositif de traitement est légalement fabriqué ou commercialisé dans un autre État membre de l’Union européenne ou en Turquie, ou dans un État membre de l'accord sur l'Espace Économique Européen (EEE) disposant d'une évaluation garantissant un niveau de protection de la santé publique et de l’environnement équivalent à celui de la réglementation française ;
• • longue, lorsque le dispositif de traitement n'est pas visé par une marque CE (cf. annexe 2 de l’arrêté).

Dans ce deuxième cas, le protocole d’essais est différent. On distingue deux séquences supplémentaires, les 11 et 12. Les 10 autres séquences sont équivalentes à celles du protocole de l’EN12566-3+A2 permettant d’établir les performances de traitement du dispositif dans le cadre des essais type initiaux. Seul le nombre de mesures effectuées dans chaque séquence diffère.

Cependant, certains experts s’accordent à dire que le protocole évaluant les performances de traitement selon l’EN12566-3+A2 n’est pas assez contraignant et qu’il ne permet pas de démarquer les filières plus ou moins efficaces. En effet, en plus de l’absence des séquences 11 et 12, les tolérances autorisées sur les concentra-

« Les essais type initiaux correspondent aux essais nécessaires pour l’obtention du marquage CE. Ils visent trois aspects : l'étanchéité, la résistance mécanique et les performances de traitement. »

Programme d’essais selon EN12566-3+A2

¹ Coupure d’électricité et arrêt effectif : 12 h au début et à la fin de la séquence.

² Une surcharge est activée pendant 48 h au début de la séquence.

Programme d’essais procédure longue

Ainsi, on compare et on traite de la même manière une microstation qui a été évaluée avec une concentration en DBO₅ entrante de 200 mg O₂/l pendant quarante semaines et une autre qui a reçu une charge équivalente à 450 mg O₂/l. Or, dans la réalité épuratoire, ceci n’est pas comparable, car dans le deuxième cas cela signifie que le traitement épuratoire est bien plus robuste et efficace. Afficher un rejet en DBO₅ à 20 mg O₂/l lorsqu’on mesure 450 mg O₂/l en entrée est bien plus significatif qu’afficher 20 mg O₂/l lorsqu’on mesure 150 mg O₂/l en entrée. La procédure d’agrément simplifiée, censée renforcer l’aspect normatif, n’a pas pallié ce manquement.

Dans son protocole d’essais épuratoires, l’EN12566-3+A2 ne permet pas non plus d’évaluer le comportement du dispositif de traitement dans des cas d’intermittence plus ou moins longues, c’est-à-dire des ruptures d’alimentation en eaux usées successives et plus ou moins prolongées. De fait, la possibilité de pouvoir installer des microstations d’épuration dans ce contexte d’exploitation a été de facto interdite.

En l’absence de preuve et plutôt que de proposer un avenant au protocole pour évaluer ce cas-là, le réglementateur a préféré l’interdire.

En revanche, la procédure longue a tenté de prendre en compte cette notion d’intermittence dans la séquence 12. Ainsi, les filtres compacts, soumis à cette procédure, peuvent être installés dans des cas de fonctionnement intermittent.

Afin de montrer que la décision d’interdire l’installation de microstations en conditions d’intermittence n’est pas justifiée techniquement et que certaines microstations dont la technologie épuratoire est correctement dimensionnée peuvent fonctionner dans ces conditions particulières d’exploitation, nous avons décidé de mener des essais complémentaires suite aux essais normatifs. Il est intéressant de connaître la robustesse des dispositifs dans le temps (certaines filières peuvent voir leurs performances se dégrader dans le temps alors que d’autres filières sont de plus en plus efficaces) et notamment dans le cas de fortes sollicitations (surcharge, intermittence courte, intermittence longue).

Mise en place des essais

La première partie des essais menés sur la PureStation PS6 consistait à tester les séquences 11 et 12 proposées dans la version longue de la procédure d’agrément. La première séquence (11) correspond à une période de surcharge à 200 % pendant quinze jours avec une analyse par semaine. La seconde séquence (12), d’une durée de quinze jours, simule la présence d’occupants dans la maison uniquement le week-end. C’est-à-dire que pendant cinq jours, il n’y a pas d’alimentation en eaux usées et les deux jours suivants la microstation est alimentée à un régime nominal de 900 l/j. Au cours de chaque période d’alimentation, une analyse est effectuée au cours de la première journée d’alimentation en eaux usées.

À l’issue de ces deux séquences, la PureStation PS6 a donc été testée en conditions sollicitantes pour la surcharge (quatre semaines à 200 %), ce qui pourrait correspondre à une augmentation du nombre de personnes dans un foyer pendant les vacances, et également pour ce que l’on peut appeler « l’intermittence courte », c’est-à-dire une installation qui est alimentée…

tée uniquement le week-end.

Pour les procédés biologiques, « l’intermittence longue », c’est-à-dire une période où il n’y a pas d’apport en eaux usées pendant plusieurs semaines, est souvent néfaste pour la biomasse. En effet, sans apport de nutriments, les bactéries changent de métabolisme et rentrent dans une phase d’auto-oxydation, c’est ce que l’on appelle la respiration endogène. En conséquence, dès le retour à des conditions de charges nominales, il faut un certain temps pour que la biomasse redevienne efficace et, pendant cette période, les performances épuratoires de la microstation sont souvent réduites.

Les protocoles d’essais épuratoires du marquage CE ou de la procédure longue (basés sur une proposition de protocole de l’AFS-SET4) ne proposent aucune phase d’intermittence longue. En conséquence, il est impossible de savoir si une technologie se démarque d’une autre et pourrait éventuellement supporter ces phases prolongées sans aucun apport en eaux usées.

Ainsi, faisant suite aux séquences 11 et 12, nous avons envisagé trois séquences ayant pour objectif de tester la capacité de la PureStation PS6 à gérer une absence plus ou moins longue des occupants de la maison (vacances par exemple).

Ainsi, ces trois séquences d’une durée respective de cinq, dix et dix-huit semaines ont permis d’évaluer la capacité d’adaptation de la station à des périodes sans alimentation en eaux usées.

Les analyses sur l’effluent de sortie ont débuté une semaine après le retour à une charge nominale de la microstation et à une fréquence d’une analyse par semaine durant cinq semaines.

Ces séquences ont pour objectif de simuler des périodes où les occupants de la maison seraient en vacances et ainsi vérifier qu’à leur retour, le rejet de la microstation redevient rapidement de bonne qualité.

En conclusion, l’ensemble des essais menés a pour objectif d’évaluer le comportement de la PureStation PS6 lors des phases suivantes :

• phases nominales ;
• surcharges à 200 % (augmentation du nombre de personnes dans l’habitation) ;
• intermittences courtes (habitation occupée uniquement le week-end, vacances annuelles) ;
• intermittences longues (vacances plus ou moins longues et résidences secondaires).

Résultats

Résultats obtenus selon l’EN12566-3+A2

Le graphique 1 présente les résultats obtenus en entrée et en sortie de la PureStation PS6 lors des essais selon l’EN12566-3+A2 (marquage CE) pour les paramètres DBO5, MES et NTK. Le tableau 1 présente quant à lui les pourcentages d’abattement pour ces mêmes paramètres.

Tableau 1 : Évolution des pourcentages d’abattement pour les MES, la DBO5 et les NTK

Les résultats obtenus montrent que l’abattement de la pollution carbonée est efficace. En effet, la moyenne pour le paramètre DBO5 en sortie de microstation est de 13,8 mgO₂/l alors que la concentration moyenne en entrée est de 395 mgO₂/l. De même, la DCO moyenne en entrée est de 868 mgO₂/l alors qu’en sortie, la moyenne est de 69 mgO₂/l.

Concernant les MES, la concentration moyenne en sortie de microstation n’est que de 17 mg/l alors qu’en entrée, la concentration moyenne est très élevée pour un effluent résiduaire urbain (481 mg/l). Finalement, concernant le paramètre NTK, on constate que la moyenne des abattements est d’environ 60 % pour les 17 premiers prélèvements avant d’augmenter fortement durant la dernière partie du marquage CE (> 80 % pour les 9 derniers prélèvements). L’abattement élevé du paramètre NTK confirme le bon fonctionnement de cette microstation.

Sur l’ensemble des paramètres analysés, les moins bons résultats sont obtenus lors des six premières semaines (période d’établissement de la biomasse) alors qu’ensuite, toutes les concentrations en sortie de microstation deviennent très faibles. L’amélioration de ces performances se vérifie par une augmentation des rendements d’élimination des NTK.

Résultats obtenus selon le protocole long

La séquence à 200 %

Le graphique 2 présente les résultats obtenus en sortie de microstation pour les paramètres DBO5, MES et NTK durant la séquence de quatre semaines à 200 %, ce qui représente une charge hydraulique de 12 EH soit 1 800 l/j. Le tableau 2 présente quant à lui les pourcentages d’abattement pour les NTK, la DBO5 et les MES durant la séquence de surcharge à 200 %.

Tableau 2 : Pourcentages d’abattement pour la DBO5, les MES et les NTK durant la séquence de surcharge à 200 %

4 Protocole d’évaluation technique pour les installations d’assainissement non collectif dont la charge est inférieure ou égale à 20 équivalents habitants – Avril 2009.

Les résultats de cette séquence montrent que la PureStation PS6 supporte très bien les périodes de surcharge puisque durant les quatre semaines à 200 %, la moyenne des DBO, en sortie de microstation était de 7 mgO₂/l. Concernant les MES, la moyenne était de 8 mg/l. De plus, l'abattement relativement élevé pour le paramètre NTK (63 %) montre que même dans des conditions de surcharge organique et hydraulique, cette technologie permet de garder d'excellentes performances de traitement. En effet, une surcharge organique a généralement comme conséquence une diminution des rendements d’élimination des paramètres azotés, voire une dégradation de l'abattement des paramètres carbonés. Une surcharge hydraulique peut, quant à elle, lessiver la biomasse du réacteur et donc aboutir à une très forte dégradation des performances de traitement.

Cette station est donc correctement dimensionnée pour supporter des surcharges organiques et hydrauliques importantes et l'aération n'est pas un facteur limitant pour l'épuration.

Tableau 3 : Pourcentage d’abattement pour la DBO₅, les NTK et les MES durant la période d’intermittence courte

Ces résultats sont d’autant plus intéressants que la charge polluante qui arrive sur la microstation est très élevée pour une eau résiduaire urbaine. En effet, pour les MES, la concentration moyenne était de 516 mg/l et la DBO, de 370 mgO₂/l.

Cette microstation supporte donc très bien les surcharges organiques et hydrauliques. En effet, même dans ces conditions de stress important, l’abattement des NTK était encore assez élevé ce qui signifie qu'elle n’avait pas atteint ses limites de fonctionnement.

La séquence d’intermittence courte

Le graphique 3 présente les résultats obtenus en sortie de microstation pour les paramètres DBO₅, MES et NTK durant la deuxième séquence du protocole AFSSET qui est une séquence d'intermittence courte (cinq jours d’arrêt de l'alimentation suivis de deux jours d’alimentation et cela pendant quinze jours). Le tableau 3 présente quant à lui les pourcentages d’abattement pour les paramètres DBO₅, MES et NTK durant cette séquence.

On constate que la PureStation PS6 supporte très bien les périodes d’intermittence courtes. En effet, les concentrations moyennes en sortie de microstation pour les MES, la DBO₅ et les NTK sont inférieures à 5 mg/l et 5 mgO₂/l durant cette séquence et les abattements sont proches de 99 % pour les trois paramètres.

Ces excellents résultats lors du passage des séquences 11 et 12 montrent que la station supporte facilement les surcharges hydrauliques (12 EH au lieu de 6 EH) et également les périodes « d'intermittence courtes ». La PureStation PS6 est donc adaptée pour traiter les effluents des habitations secondaires qui ne sont occupées que le week-end.

Encore une fois, il est important de noter que les concentrations moyennes en entrée sont très élevées pour les paramètres carbonés (505 mgO₂/l en moyenne pour la DBO₅) et azotés (113 mg/l en moyenne pour les NTK) ainsi que pour les MES (540 mg/l). En conséquence, les pourcentages d’abattement sont très élevés pour les trois paramètres (99 % pour la DBO₅, les MES et les NTK).

Les séquences d’intermittence longues

La séquence de cinq semaines sans alimentation en eaux usées (typologie d'une résidence principale inoccupée pendant les vacances)

Après avoir passé avec succès le protocole dit « long et plus robuste », il était important de savoir si la PureStation PS6 pouvait également supporter des périodes « d'intermittence longues ». C’est-à-dire des périodes correspondant à un départ en vacances des occupants de la maison pendant plusieurs semaines. La première séquence qui a été testée sur cette micros

Cette séquence d’intermittence correspond à cinq semaines d’inoccupation, c’est-à-dire 40 EH.

Note : lors de la coupure de l’alimentation en eaux usées du dispositif de traitement, celui-ci continue de fonctionner et reste alimenté électriquement.

Le graphique 4 présente les résultats obtenus en sortie pour les paramètres DBO₅, MES et NTK une semaine après la reprise de l’alimentation en eaux usées. Le tableau 4 présente quant à lui les pourcentages d’abattement pour ces mêmes paramètres. Les résultats montrent que la PureStation PS6 est capable de gérer sans problème cinq semaines d’arrêt total d’alimentation en eaux usées.

En effet, une semaine après le retour à un régime nominal, les performances épuratoires sont déjà largement en dessous des normes (3 mg O₂/l pour la DBO₅, 2 mg/l pour les MES et 4 mg/l pour les NTK).

De plus, on constate que les performances restent stables et excellentes durant les quatre semaines suivantes.

Les moyennes des quatre prélèvements, échantillonnés à une semaine d’intervalle, sont très faibles : 5 mg O₂/l pour la DBO₅, 2 mg/l pour les MES et 13 mg/l pour les NTK.

Tableau 4 : Évolution de l’abattement pour les MES, les NTK et la DBO₅ durant les quatre semaines suivant la reprise de l’alimentation de la microstation — Intermittence de cinq semaines

Ces résultats montrent que la combinaison de la technologie à culture libre et à culture fixée (IFAS) permet un redémarrage très rapide de la microstation après une période sans alimentation en eaux usées de cinq semaines.

Il est donc possible de ne pas alimenter la microstation en eaux usées pendant au moins cinq semaines sans nuire à ses performances lors du retour à une charge hydraulique nominale.

La séquence de dix semaines sans alimentation en eaux usées

(typologie d’une résidence secondaire occupée à chaque période de vacances)

Les résultats précédents ayant montré la capacité de la PureStation PS6 à gérer cinq semaines d’arrêt, une séquence plus longue a été ajoutée. L’objectif était d’étudier le comportement de la microstation lors du retour à un régime nominal après dix semaines sans alimentation en eaux usées. Les analyses ont débuté une semaine après le retour à une charge hydraulique nominale.

Tableau 5 : Évolution de l’abattement pour les MES, les NTK et la DBO₅ durant les quatre semaines suivant la reprise de l’alimentation de la microstation — Intermittence longue dix semaines

Les résultats montrent que la PureStation PS6 est capable de gérer dix semaines sans alimentation en eaux usées. Une semaine après le retour à une charge nominale, les concentrations en MES et en DBO₅ sont déjà en dessous des normes de rejet (26 mg O₂/l pour la DBO₅ et 8 mg/l pour les MES). Les quatre prélèvements suivants confirment ces valeurs : 5 mg/l pour les MES et 5 mg O₂/l pour la DBO₅ en moyenne. Concernant les NTK, l’abattement est assez faible durant les deux premières semaines mais redevient très bon lors des trois derniers prélèvements (90 % en moyenne).

La séquence de quatre mois sans alimentation en eaux usées

(typologie d’une résidence secondaire visitée par semestre ou annuellement)

Les résultats précédents ayant montré que la PureStation PS6 pouvait gérer dix semaines d’arrêt, une séquence encore plus longue a été ajoutée. L’objectif était d’étudier le comportement de la microstation lors du retour à un régime nominal après quatre mois sans alimentation en eaux usées. Les analyses ont débuté une semaine après le retour à une charge hydraulique nominale.

Le graphique 6 présente les résultats obtenus en sortie de microstation pour les paramètres DBO₅, MES et NTK une semaine après le retour à une charge hydraulique nominale de la microstation. Le tableau 6 …

présente quant à lui les pourcentages d’abattement pour les paramètres DBO, MES et NTK durant cette séquence.

Les résultats montrent que la PureStation PS6 est capable de gérer quatre mois de fonctionnement sans alimentation en eaux usées. En effet, une semaine après le retour à une charge nominale, les concentrations en MES et la DBO sont déjà en dessous des normes de rejet (35 mg/l pour la DBO et 21 mg/l pour les MES). Les quatre prélèvements suivants confirment la rapidité de la reprise de l’activité de la microstation puisque les concentrations en MES et la DBO sont de plus en plus faibles au cours de chaque prélèvement et respectent toutes les normes de rejet.

Conclusion

Les essais complémentaires réalisés ont permis d’apporter des informations essentielles sur le comportement de la PureStation PS6 face à des conditions plus sollicitantes que celles prévues dans le protocole CE. Ainsi, les résultats montrent que la PureStation PS6 est capable de supporter des surcharges à 200 % tout en conservant d’excellentes performances épuratoires. Concrètement, cela signifie que, même si le nombre d’occupants augmente dans la maison, le rejet de cette microstation sera toujours de bonne qualité. La technologie épuratoire en place est fiable et robuste, et tolère des variations de charges entrantes significatives.

La deuxième conclusion que l’on peut apporter suite à ces essais est que la PureStation PS6 est capable de supporter l’intermittence courte. C’est-à-dire qu’elle est adaptée pour traiter les effluents d’une habitation dont les occupants ne sont présents que le week-end.

Finalement, la dernière conclusion que l’on peut tirer de cette étude est que la PureStation PS6 supporte très bien l’intermittence longue. En effet, les trois essais qui ont été réalisés montrent que la station est capable de gérer jusqu’à quatre mois sans aucune alimentation en eaux usées. Ainsi, lors de tous les essais d’intermittence, moins d’une semaine après le retour à une charge hydraulique nominale, les performances de cette microstation étaient déjà en dessous des normes de rejet.

De plus, il faut noter que les différents tests d’intermittence ont été menés successivement, sans laisser aucun répit à la station. Cela montre d’autant plus la robustesse de la PureStation PS6 face à des sollicitations extrêmes.

L’interdiction des microstations de facto à une installation en intermittence n’est donc pas justifiée techniquement. C’est un faux débat, amenant une distorsion de la concurrence… chaque dispositif de traitement a ses limites, mais tous ne doivent pas être « logés à la même enseigne ». Lorsque certaines filières montrent, par des essais réalisés sur plateforme, qu’elles peuvent supporter des cas particuliers, elles doivent pouvoir être valorisées. On doit distinguer l’amateurisme du professionnalisme…

Tableau de synthèse des résultats obtenus sur plateforme d’essais :