Les effluents et les différents ouvrages de traitement des eaux usées peuvent engendrer des nuisances olfactives, certaines pouvant présenter un danger pour la santé humaine. Cet article montre les intérêts techniques et économiques des différentes solutions existantes, notamment le traitement par voie biologique.
L’Homme possède un système olfactif complexe, très développé et performant. Peu d’odeurs laissent indifférent : elles sont quasiment toutes immédiatement appréciées ou détestées. Contrairement aux odeurs qualifiées d’agréables, dont le jugement reste subjectif, les odeurs désagréables font souvent l’unanimité. Le système olfactif sophistiqué dont nous sommes dotés nous permet, entre autre, de détecter de manière innée un certain nombre de molécules organiques toxiques. Il est cependant admis que la majorité de nos réactions affectives aux odeurs résulte de l’apprentissage (Steiner, 1979). De manière générale, les odeurs nous infor-
| Tableau 1 : Principales molécules en station d’épuration(d’après P. Le Cloirec, M. Gueux, H. Paillard, C. Anselme, 1991) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Sulfidés | ||||||
| Hydrogène sulfure | – 34,1 | – H₂S | – Œuf pourri | – 0,0001 à 0,3 | – 20 (25 °C) | – −62 |
| Méthylmercaptan | – 48,1 | – CH₃SH | – Chou, ail | – 0,001 à 0,03 | – 2,3 (25 °C) | – 23 |
| Éthylmercaptan | – 62,1 | – C₂H₅SH | – Chou en décomposition | – 0,001 à 0,025 | – 0,53 (18 °C) | – 37 |
| Diméthylsulfure | – 62,13 | – (CH₃)₂S | – Légumes en décomposition | – 0,025 à 0,63 | – 0,53 (18 °C) | – 37 |
| Diméthyldisulfure | – 94,2 | – (CH₃)₂S₂ | – Putride | – 0,003 à 0,014 | – 0,078 (24 °C) | – 109 |
| Azotés | ||||||
| Ammoniac | – 17 | – NH₃ | – Très piquant, irritant | – 0,5 à 37 | – 10 (20 °C) | – −33 |
| Méthylamine | – 31,05 | – CH₃NH₂ | – Poisson en décomposition | – 0,021 | – 2 (10 °C) | – −7 |
| Éthylamine | – 45,08 | – C₂H₅NH₂ | – Piquant, ammoniacal | – 0,053 | – 1,26 (0 °C) | – 17 |
| Diméthylamine | – 45,08 | – (CH₃)₂NH | – Poisson mort | – 0,047 à 0,16 | – > 2 (20 °C) | – 7 |
| Indole | – 117,5 | – C₈H₇NH | – Fécal, nauséabond | – 0,0005 | – < 0,001 (25 °C) | – 254 |
| Scatole | – 131,15 | – C₉H₉NH | – Fécal, nauséabond | – 0,0085 | – < 0,001 (25 °C) | – 270 |
| Cadavérine | – 102,18 | – NH₂(CH₂)₅NH₂ | – Viande en décomposition | – 0,004 à 0,10 | – < 0,001 (25 °C) | – 178 |
| Acides | ||||||
| Acétique | – 60,05 | – CH₃COOH | – Vinaigre | – 0,025 | – 0,001 (25 °C) | – 118 |
| Butyrique | – 88,1 | – C₃H₇COOH | – Beurre rance | – 0,0004 | – 0,001 (25 °C) | – 163,5 |
| Valérique | – 102,13 | – C₄H₉COOH | – Sueur, transpiration | – 0,0008 | – 0,001 (25 °C) | – 186,5 |
| Aldéhydes & cétones | ||||||
| Formaldéhyde | – 30,03 | – HCHO | – Acre, suffocant | – 0,033 à 1,2 | – 1 (20 °C) | – −19,5 |
| Acétaldéhyde | – 44,05 | – CH₃CHO | – Fruit, pomme | – 0,004 à 18 | – 2 (20 °C) | – 21 |
| Butyraldéhyde | – 72,1 | – C₃H₇CHO | – Rance | – 0,013 à 15 | – — | – 74,8 |
| Isovaléraldéhyde | – 86,13 | – (CH₃)₂CHCH₂CHO | – Fruit, pomme | – 0,072 | – — | – 92,5 |
| Acétone | – 58,08 | – CH₃COCH₃ | – Fruit doux | – 1,14 à 240 | – 0,26 (23 °C) | – 56,5 |
La perception et la tolérance vis-à-vis des mauvaises odeurs dépendent de nombreux paramètres : la concentration, la persistance, le contexte, les habitudes et la culture de la population étudiée, ainsi que les diversités entre les individus (E. P. Koster, 1991).
De nombreuses industries sont à l’origine de nuisances olfactives, de par leur activité (matières premières odorantes et sous-produits de fabrication odorants) et de par leurs déchets (dégradation de substances minérales ou végétales provoquant des matières volatiles odorantes). Les stations d’épurations industrielles et urbaines sont également à l’origine de pollutions odorantes.
La société GAMLEN Industries propose des solutions adaptées dans le domaine de la désodorisation de sites industriels, plus particulièrement des stations d’épuration.
Les nuisances olfactives en station d’épuration
Caractérisation des odeurs
Paillard et Blondeau (1988) proposent un classement des causes des mauvaises odeurs en station d’épuration urbaine ou industrielle selon cinq origines :
- - Un effluent très chargé en matières organiques facilement biodégradable ou effluent déjà malodorant.
- - Un réseau à long temps de séjour (> 3 heures) favorisant la fermentation.
- - Des processus de traitement des effluents et des boues favorisant le dégazage des mauvaises odeurs.
- - Une conception des ouvrages mal adaptée.
- - Une exploitation des ouvrages inadaptée.
On distingue donc les odeurs dues aux caractéristiques intrinsèques de l’effluent, des odeurs générées par le procédé d’épuration.
De l’analyse des odeurs rencontrées sur site, il apparaît que deux familles de composés sont génératrices de la majorité des molécules odorantes rencontrées.
La famille des composés soufrés constitue la première source de nuisances olfactives. Les principaux représentants de cette famille sont l’hydrogène sulfuré, les mono- et disulfures organiques, ainsi que les mercaptans. Ce sont les bactéries anaérobies (ex. : Desulfovibrio) qui, en conditions septiques, réduisent les composés organiques soufrés et les sulfates en hydrogène sulfuré et mercaptans. Des émissions d’hydrogène sulfuré et de sulfures organiques ont été observées à partir d’un potentiel redox inférieur à −50 mV (Crook et Rbwen, 1987).
La présence de composés soufrés dans les effluents ou dans l’atmosphère a des conséquences néfastes très diverses. Ainsi, l’hydrogène sulfuré est toxique pour l’homme. La valeur maximale tolérée pour une exposition prolongée (plusieurs heures) est de 10 ppm dans l’air. D’autre part, l’oxydation bactérienne des sulfures en acide sulfurique entraîne une attaque acide des ouvrages en béton. Enfin, la réduction des formes oxydées du soufre par les bactéries sulfatoréductrices entraîne des phénomènes de foisonnement de bactéries filamenteuses dans les bassins aérés des stations d’épuration.
Les composés soufrés sont fréquemment rencontrés aussi bien dans les réseaux de collecte des effluents (temps de séjour supérieur à 2 heures), que sur les postes de relevage ou encore sur les stations d’épuration. Il est à noter que la première source d’odeurs en station d’épuration reste, sans aucun doute, la filière de traitement des boues, l’hydrogène sulfuré étant l’acteur principal.
La famille des composés azotés constitue la deuxième source majeure de mauvaises odeurs avec l’ammoniac et les amines. L’am-
L’ammoniac peut provenir soit directement du process, soit de la dégradation des protéines et acides aminés. La formation d’ammoniac est favorisée par une température élevée et un long temps de séjour. Les amines, quant à elles, résultent souvent de la dégradation incomplète par les bactéries des acides aminés en anaérobiose. Amines et ammoniac sont donc fréquemment rencontrés dans les réseaux d’assainissement et les postes de relevage, mais en proportion moins importante toutefois que l’hydrogène sulfuré et les molécules organiques soufrées. Les odeurs présentes dans les boues sont également composées de molécules azotées dont le dégazage est favorisé par le traitement à la chaux pour leur stabilisation.
D’autres familles de molécules odorantes peuvent être rencontrées comme les acides gras volatils (AGV), les cétones et les aldéhydes, notamment émis lors de la digestion anaérobie des boues mais en proportions moindres que les composés soufrés et azotés. La présence de sucres ou de protéines dans les effluents favorise l’apparition de ces composés, sous-produits de la fermentation bactérienne.
Enfin, notons que les fermentations anaérobies de rejets chargés en matière organique, fréquemment rencontrées en industries agroalimentaires, génèrent aussi des composés soufrés, azotés et des acides gras volatils. C’est notamment le cas lorsque les effluents passent, au cours du processus de traitement, par une lagune non aérée. Le tableau 1 caractérise les principales molécules odorantes en station d’épuration. Concernant les stations d’épuration de sites industriels, chaque effluent est un cas particulier et génère donc des nuisances olfactives qui lui sont propres. Il faut cependant accorder une place non négligeable aux ouvrages qui, de par leur conception, peuvent également générer des odeurs. De manière générale, les mauvaises odeurs résultent de la septicité de l’effluent, qui est elle-même liée à la température, au temps de séjour et à la charge organique de l’effluent.
Les nuisances en industrie par secteur d’activité
Les effluents industriels et urbains sont chargés en substrats azotés, soufrés et phosphorés ainsi qu’en matières organiques particulaires ou dissoutes qui sont très souvent à l’origine, directement ou indirectement, des problèmes d’odeurs. En milieu réducteur, le processus de fermentation se déclenche provoquant ainsi des émanations.
Le tableau 2 donne quelques exemples des molécules odorantes les plus fréquemment rencontrées par secteur d’activité.
Les composés soufrés, principales molécules odorantes générant des mauvaises odeurs en industrie, sont majoritairement présents en pétrochimie et en papeterie. Les composés azotés sont retrouvés dans les effluents du secteur pétrochimique mais également dans les industries pharmaceutiques, celles du textile et les abattoirs. Les effluents des industries pharmaceutiques et agroalimentaires contiennent des AGV et des alcools malodorants. Enfin, les odeurs générées par les hydrocarbures et les solvants se retrouvent principalement dans les eaux usées des industries pétrochimiques et pharmaceutiques.
Une bonne connaissance des composés volatils (sulfures, aldéhydes, cétones), ainsi que des molécules azotées et phosphorées utilisées dans un process industriel permet donc de mieux cerner les odeurs qui vont se développer dans les effluents traités par la station d’épuration.
La législation
L’article L.220-2 du Code de l'environnement précise que « Constitue une pollution atmosphérique au sens du présent titre l’introduction par l'homme, directement ou indirectement, dans l’atmosphère et les espaces clos, de substances ayant des conséquences préjudiciables de nature à mettre en danger la santé humaine, à nuire aux ressources biologiques et aux écosystèmes, à influer sur les changements climatiques, à détériorer les biens matériels, à provoquer des nuisances olfactives excessives ».
Les émissions malodorantes présentant un danger pour la santé ou l'environnement, comme l’hydrogène sulfuré, sont très fréquemment traitées. Le tableau 3 présente les valeurs limites relatives à la santé des travailleurs (TLV) exposés en continu pendant 8 heures.
Toutes les nuisances olfactives ne comportent pas de danger spécifique. Cependant la pression exercée par la population riveraine oblige fréquemment les autorités locales à imposer des mesures de réductions des émissions.
Quelques sociétés spécialisées réalisent des études d'impact pour les industries. Ces études statistiques tiennent compte de l’activité de l’entreprise, des conditions climatiques et établissent une cartographie des différentes zones de tolérance de la popula.
Tableau 3 : TLV et seuils olfactifs (d’après Leonardos and Coll)
| Composé | TLV | Seuil olfactif | ||
|---|---|---|---|---|
| ppm | mg/Nm³ | ppm | mg/Nm³ | |
| Hydrogène sulfuré | 10 | 14 | 0,0005 | 0,0007 |
| Méthyl mercaptan | 0,5 | 1 | 0,0021 | 0,0024 |
| Éthyl mercaptan | 0,5 | 1,25 | 0,001 | 0,0033 |
| Ammoniac | 25 | 18 | 4,68 | 3,3 |
| Méthylamine | 10 | 12 | 0,2 | 0,3 |
| Acide acétique | 10 | 25 | 1,0 | 2,5 |
| Formaldéhyde | 2 | 3 | 1,0 | 1,2 |
| Acroléine | 0,1 | 0,25 | 0,2 | 0,5 |
| Acétone | 1000 | 2400 | 10 | 24 |
| Acétaldéhyde | 100 | 180 | 0,21 | 0,38 |
… tion exposée. Elles permettent à l'exploitant de définir un seuil de nuisance à ne pas dépasser.
Le traitement des odeurs
Différents moyens existent pour lutter contre les odeurs. Parmi les mesures préventives, on trouve diverses solutions telles que : réduire le temps de séjour dans les canalisations et dans les silos à boues, entretenir les conduites et postes de relevage, surveiller le taux d’aération. Toutes ces actions ont cependant leurs limites et il est souvent indispensable d’avoir recours à une méthode curative afin de piéger ou détruire les molécules odorantes. Suivant les objectifs, vous aurez donc la possibilité d’investir dans un ouvrage de traitement lorsque le problème est constant ou d’utiliser des produits consommables pour lutter contre des odeurs saisonnières.
Les ouvrages de traitement curatif des odeurs
Il existe de nombreux ouvrages utilisant des procédés variés pour capter ou détruire les molécules odorantes. Tous ces ouvrages règlent le problème des odeurs collectées localement mais révèlent leurs limites pour traiter les réseaux de collecte des effluents. De nombreuses stations sont couvertes, notamment au niveau de la filière de traitement des boues. L’air vicié est extrait par des ouvrages de confinement et de ventilation, puis traité par des filières spécifiques. Ainsi, les odeurs peuvent être éliminées par lavage dont le principe repose sur le transfert du polluant de la phase gazeuse à la phase liquide. La plupart du temps, une absorption par lavage acide ou basique est utilisée. Le lavage par solvant peut également être employé dans le cas de molécules non solubles dans l’eau. Le lavage par oxydation utilise le chlore ou l’ozone. Sur site, on trouve fréquemment plusieurs étages de laveurs en série. Les rendements avoisinent les 90 % et ce procédé a l’avantage de traiter des volumes importants d’air pollué (jusqu’à 200 000 Nm³/h). Ces laveurs nécessitent cependant un entretien régulier pour éviter les colmatages et pertes de charge. Ce procédé crée également un liquide pollué qu’il faut éliminer.
Les odeurs peuvent aussi être traitées par adsorption sur des colonnes à garnissage, dont le principe est basé sur le transfert gaz-solide. Le principal matériau utilisé est le charbon actif. Cette solution donne également de très bons rendements. Elle nécessite toutefois un changement régulier du matériau de remplissage lorsqu’il arrive à saturation. Ce procédé n’est envisageable économiquement que pour des débits faibles de l’ordre de 3 000 Nm³/h.
Les gaz odorants peuvent également être traités par incinération. Ce procédé reste le plus efficace mais le plus onéreux. Il n’est réalisable économiquement que pour des débits inférieurs à 2 000 Nm³/h.
Les biofiltres, biolaveurs ou lits bactériens ont, quant à eux, des rendements également importants, supérieurs à 90 %. Leur principe repose sur l’oxydation des polluants par voie microbiologique. Les biofiltres comportent une phase aqueuse statique et une biomasse immobilisée, les biolaveurs une phase aqueuse mobile et une biomasse libre, les lits bactériens, une phase aqueuse mobile et une biomasse fixée. Les supports sur lesquels les bactéries se développent sont en matériau inerte, structuré ou en vrac. Le biofilm ainsi constitué peut atteindre plusieurs millimètres d’épaisseur. L’hydrogène sulfuré est ainsi dégradable par les bactéries chimioautotrophes du soufre. Les composés azotés suivent plusieurs voies de dégradation : l’assimilation est effectuée par des bactéries principalement aérobies et chimio-hétérotrophes, et la nitrification-dénitrification est effectuée par des bactéries autotrophes (Nitrosomonas, Nitrobacter) et des bactéries aérobies facultatives et hétérotrophes.
Il existe enfin des procédés utilisant uniquement de la tourbe, des zéolites ou encore des résines adsorbantes. La tourbe est naturellement colonisée par une biomasse hétérotrophe : 10⁷ cfu/g de tourbe sèche.
Tous ces biofiltres sont intéressants économiquement pour des débits inférieurs à 15 000 Nm³/h.
Le traitement des odeurs par des ouvrages spécifiques nécessite donc un budget d’investissement conséquent pour la construction des installations et requiert un espace notable pour leur mise en œuvre.
Les produits de traitement curatifs et préventifs des odeurs
Il existe d’autres moyens de traitement curatif des odeurs, qui mettent en œuvre des produits consommables spécifiques. Cette solution présente l’avantage de n’exiger qu’un matériel simple pour la mise en place du traitement, donc pas d’investissement lourd. Deux grandes familles de produits permettent d’abattre et de lutter contre les mauvaises odeurs : les produits chimiques et les produits biologiques.
Le traitement par voie chimique reste encore le plus fréquemment rencontré. Ainsi, le traitement par oxydation donne de bons résultats en réseau de collecte des effluents. Le peroxyde d’hydrogène, par exemple, oxyde très rapidement les sulfures. 90 % du peroxyde réagit en moins de 15 minutes. Ce composé chimique possède le double avantage d’être un oxydant puissant et d’être une source d’oxygène par décomposition. Parmi notre gamme de produits, le Biolen Booster S, un peroxyde, permet de traiter les problèmes d’odeurs dans tous les milieux septiques, tels que les réseaux ou les lagunes non aérées. La manipulation du peroxyde liquide est très contraignante en matière de sécurité. C’est pourquoi le Biolen Booster S est une formulation poudre, conditionnée en sachets hydrosolubles.
Le traitement de l’hydrogène sulfuré peut également se faire par précipitation au moyen d’un chlorure ferrique ou sulfate ferreux. Cette mesure est efficace et peu coûteuse mais elle présente l’inconvénient de colorer les effluents et de former des boues.
L’élévation du pH de l’effluent ou de la boue par ajout de soude ou de chaux permet aussi de limiter les émissions de composés soufrés. Cette méthode a toutefois ses limites car, dans le cas d’un effluent, un pH supérieur à 9 n’est plus compatible avec un traitement biologique et un pH avoisinant 11 dans les boues favorise le relargage de composés azotés.
Il existe également des technologies basées sur des produits chimiques plus complexes, généralement classés en deux catégories : les masquants et les complexants (voir schéma 1). Les masquants sont des parfums surodorants dont l’objectif est de saturer les papilles olfactives avec une odeur agréable et rémanente. Cette mesure ne traite ni les causes, ni la nuisance elle-même, et ne peut être envisagée que si ces émanations ne comportent aucun danger pour la santé humaine. Le Biolen Odor EF utilise à la fois un agent complexant et un agent masquant.
L’agent complexant permet de réellement détruire la mauvaise odeur par chélation. Son action peut être suivie en mesurant la diminution de la concentration dans l’air de la nuisance olfactive (les amines par exemple). L’agent masquant ajoute un parfum agréable d’ambiance.
La lutte contre les odeurs peut également être menée par une voie totalement biologique lorsque les conditions le permettent. Ainsi, nous proposons des produits contenant des souches bactériennes ou fongiques, performants dans la dégradation des composés odorants. Les bactéries utilisées sont sélectionnées pour leur aptitude à dégrader des composés spécifiques tels que les dérivés soufrés, les AGV, les hydrocarbures ou les graisses. Quant aux champignons, ils ont l’avantage de posséder un pool enzymatique plus important que celui des bactéries et peuvent croître à des pH acides. Ils résistent donc mieux aux conditions environnementales difficiles et peuvent dégrader de nombreuses molécules toxiques pour les bactéries. Les produits bactériens sont utilisés au niveau des postes de relevage et dans les bassins aérés. Les produits fongiques sont utilisés en bassin aéré, mais également en lagune aérée ou statique.
Étude de cas
Le cas présenté concerne les effluents odorants générés par une distillerie. Le flux est de 3300 m³ par semaine pendant 2 mois, au début de l’été.
Ces eaux sont évacuées vers des bassins de rétention et ont une DCO moyenne de 3 g/l. L’épandage des eaux, dernière étape du process, génère des nuisances olfactives importantes. Le personnel du site compare ces odeurs à celles du type “œuf pourri” et “acides”. Elles sont également qualifiées “d'insupportables” par leur intensité.
Les principales odeurs mesurées sur site appartiennent à la famille des composés soufrés (H₂S) et à celle des AGV (acide acétique). Ces analyses confirment donc l’appréciation qualitative du personnel.
Le Biolen IF300 S, associé au Biolen Booster S, a été mis en application afin de résoudre ce problème. Le Biolen IF300 S est un cocktail fongique sélectionné pour dégrader les macromolécules aromatiques et aliphatiques.
Le Biolen Booster S est une formulation chimique libérant progressivement de l’oxygène au contact de l’eau. Ces deux produits se présentent sous la forme de sachets hydrosolubles.
Malgré une montée en température de l'effluent et la mise en charge croissante du bassin, on observe l’activité du Biolen Booster S par l'augmentation de la valeur en oxygène dissous. Ceci permet d’éviter les phénomènes de fermentation anaérobie qui génèrent des mauvaises odeurs.
Traitement mis en œuvre
| Produits : | Dosage : | Durée du traitement |
|---|---|---|
| Biolen IF300 S : | 3 g/kg DCO : | 5 semaines |
| Biolen Booster S : | 2 g/kg DCO : | 5 semaines |
Le gène sulfuré est non détectable à la mesure après trois semaines de traitement.
L’action du Biolen IF300 S a, elle, été évaluée par un panel constitué par le personnel du site.
Ce jury a constaté une très nette diminution des odeurs acides lors des opérations d’épandage.
Conclusion
Le traitement des nuisances olfactives générées par les stations d’épuration et les réseaux d’assainissement passe aujourd’hui très fréquemment par la réalisation d’ouvrages spécifiques. Outre des investissements lourds et des coûts de fonctionnement non négligeables, ils ne permettent de traiter que de l’air collecté localement, avec des débits plus ou moins limités selon le procédé employé.
Les différents produits chimiques et biologiques, quant à eux, offrent une alternative technique et économique avantageuse. Gamlen Industries propose dans ce domaine des conseils et des solutions innovantes pour les industriels.
Références bibliographiques
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+ Paillard H., Blondeau F., 1988, Les nuisances olfactives en assainissement : causes et remèdes, Tech. Sci. Mun.
+ Paillard H., Martin G., 1994, Élimination des odeurs en stations d’épuration et en réseau d’eaux usées, Odeurs et désodorisation dans l’environnement, chap. 14.
* Steiner J.E., 1979, Oral and facial innate motor responses to gustatory and some olfactory stimuli. In : Kroeze J.L.H.A. (ed.), Preference Behaviour and Chemoreception, I.R.L., London.
