Dans le cadre du traitement des eaux usées de temps de pluie, Degrémont propose un décanteur lamellaire physico-chimique à recirculation de boues: le Densadeg®. Cet appareil est déjà éprouvé sur de très nombreuses installations dans le monde. Ce procédé original le rend particulièrement efficace pour le traitement primaire des eaux usées de temps de pluie (élimination des MES, de la DBO, des hydrocarbures, des graisses, des métaux lourds'). Son fonctionnement complètement automatisé ainsi que sa capacité à démarrer très rapidement le rendent parfaitement adapté au traitement primaire des surverses de réseau d'assainissement. Placé sur une station d'épuration, il peut également fonctionner en temps sec pour éliminer le phosphore résiduel sortant de l'étage de traitement biologique.
Dans le cadre du traitement des eaux usées de temps de pluie, Degrémont propose un décanteur lamellaire physico-chimique à recirculation de boues : le Densadeg®. Cet appareil est déjà éprouvé sur de très nombreuses installations dans le monde. Ce procédé original le rend particulièrement efficace pour le traitement primaire des eaux usées de temps de pluie (élimination des MES, de la DBO, des hydrocarbures, des graisses, des métaux lourds...). Son fonctionnement complètement automatisé ainsi que sa capacité à démarrer très rapidement le rendent parfaitement adapté au traitement primaire des surverses de réseau d’assainissement. Placé sur une station d’épuration, il peut également fonctionner en temps sec pour éliminer le phosphore résiduel sortant de l’étage de traitement biologique.
Les eaux pluviales sont évacuées par les canalisations du système d’assainissement. Si le réseau est unitaire (ce qui est le cas des réseaux anciens) les eaux de pluie sont évacuées mélangées avec les eaux résiduaires urbaines et industrielles vers une station d’épuration.
pluviales sont recueillies indépendamment des eaux résiduaires et s’écoulent vers le milieu récepteur avec ou sans traitement. Dans les deux cas, l'eau pluviale va constituer une source de pollution majeure du cours d'eau, qui va se traduire par une mortalité anormale de la faune piscicole et une accumulation de polluants non biodégradables. En effet, dans le cas du réseau unitaire, quand la pluie dépasse le maximum prévu au dimensionnement du réseau de collecte, le réseau déborde au niveau des déversoirs d’orage et un mélange d’eaux pluviales et résiduaires est envoyé dans le milieu récepteur.
Dans le cas des réseaux unitaires, les eaux excédentaires de temps de pluies vont être traitées sur la station de traitement des eaux résiduaires et vont également constituer une source de difficulté. En effet, une pluie dite moyenne va entraîner des débits hydrauliques et des flux de pollution (matières en suspension) dans les réseaux unitaires jusqu’à dix fois plus élevés que les valeurs correspondantes de temps secs. Les traitements biologiques et physico-chimiques des stations ne sont pas adaptés à ces fortes variations de charges.
Que contient une eau pluviale ?
Les eaux de pluie se chargent en substances polluées accumulées sur les surfaces qu’elles lessivent. On distingue principalement cinq catégories de polluants dans les eaux usées de temps de pluie :
- Les matières inorganiques telles que le sable,
- La pollution azotée et phosphorée,
- La pollution organique (DCO et DBO),
- Les polluants toxiques (métaux lourds…),
- Les organismes pathogènes (virus et bactéries).
Les spécificités d’une eau pluviale ?
Les eaux pluviales présentent un certain nombre de spécificités qui rendent leur gestion et leur traitement difficiles. Leur débit est difficilement prévisible : il est lié à l’intensité et à la durée de l’événement pluvieux, au taux d’imperméabilisation et à la pente du bassin versant ainsi qu’à l’historique des pluies précédentes. Par ailleurs, les concentrations en polluants sont variables au cours d’un événement pluvieux ; les pointes de débit et de concentration peuvent être décalées dans le temps et dépendent de la morphologie des bassins versants.
Les solutions apportées par les gestionnaires de réseau
La réalisation de bassins d’orages permet d’éviter les inondations dues à l’engorgement des égouts, de stocker de grandes quantités d’eau qui sont ensuite acheminées en temps sec vers les stations d’épuration pour y être traitées et d’éviter les rejets directs d’eaux usées dans le milieu récepteur. C’est le cas notamment du bassin de retenue des Cormailles réalisé par le SIAAP et le département du Val-de-Marne, qui permet de retenir 64 000 m³ lors des fortes pluies, notamment lors des orages estivaux dans le secteur bas de la ville d'Ivry.
Les solutions du traiteur d’eau
Malgré les aménagements réalisés sur les réseaux de collecte, les stations d’épuration doivent faire face à des variations de débits importantes lors des événements pluvieux. Pour cela, Degrémont a adapté un décanteur lamellaire physico-chimique, le Densadeg®, pour permettre le traitement en ligne des surverses des déversoirs d’orage mais aussi le traitement primaire des débits excédentaires de temps de pluie arrivant sur les STEP (cf. schéma 1).
Le principe de fonctionnement
Par rapport à un décanteur statique conventionnel, ce décanteur lamellaire physico-chimique à recirculation des boues permet d’accélérer et d’améliorer la décantation par l’ajout de deux réactifs, un coagulant et un polymère, ainsi que par la mise en œuvre d'une recirculation des boues décantées (cf. schéma 2).
Le coagulant neutralise les particules colloïdales et permet leur agrégation. Il précipite également le phosphore dissous et le rend décantable. Le polymère agglomère ces agrégats pour former des flocs décantables. Les injections des deux réactifs sont réalisées dans des réacteurs spécialisés :
- Un coagulateur dans lequel le coagulant est parfaitement mélangé à l’effluent.
- Un floculateur composé d’une zone agitée par une hélice gainée brevetée, dans laquelle sont intimement mélangés l’effluent coagulé, le polymère et la boue recirculée, suivie d’une zone à faible énergie dans laquelle les flocs grossissent et s’alourdissent.
L'eau floculée est ensuite introduite dans le décanteur, dans lequel les flocs sont séparés de l’eau. L'eau traitée traverse alors un massif de modules lamellaires qui retient les …
[Schéma : Configurations d'utilisation.] [Schéma : Principe de fonctionnement.]flocs résiduels, et est récupérée par des goulottes. Les flocs s'accumulent au fond du décanteur ; la boue formée s'épaissit et est amenée vers le centre du décanteur par un racleur. Une partie des boues moyennement épaissies est recirculée vers le réacteur de floculation pour y entretenir la masse de contact et augmenter la vitesse de formation des flocs. L’autre partie des boues est extraite après avoir été très fortement épaissie par l'action conjuguée d'un racleur hersé et d'un temps de séjour suffisamment élevé.
En traitement d'eau pluviale ce décanteur peut être intégré dans les différentes configurations suivantes :
En traitement de surverses des déversoirs d’orage
Le Densadeg® est particulièrement bien adapté car il peut fonctionner de façon discontinue et démarre très rapidement en automatique sans intervention d’un opérateur.
Le réseau unitaire est équipé le long de son parcours d’ouvrages de délestage appelés déversoirs d’orage. Ces ouvrages fonctionnent uniquement quand le débit du réseau dépasse le débit maximum de dimensionnement et que le réseau déborde.
Le traitement de ces débordements nécessite un appareil capable de fonctionner de manière discontinue, de démarrer rapidement et de faire face sans l'intervention d'un opérateur à l'arrivée des eaux.
Le Densadeg® met en œuvre un procédé physico-chimique et peut fonctionner parfaitement de manière discontinue. Le temps nécessaire à démarrer l'appareil est optimisé par les procédures de mise en route explicitées ci-après. Son mode de démarrage est adapté à l’intervalle de temps séparant deux épisodes de surverse.
Cas 1 – Intervalle court (quelques jours)
Dans le cas où les débordements de réseau se succèdent de manière rapprochée, entre deux débordements, le Densadeg® reste en attente, rempli d’eau et avec les boues formées lors du fonctionnement précédent.
Au débordement de réseau suivant, les performances du fonctionnement continu sont atteintes immédiatement et le temps nécessaire au démarrage est quasi nul (cf. graphe 1).
Cas 2 – Intervalle long (supérieur à quelques jours)
Dans le cas où le laps de temps qui sépare deux débordements est long, le Densadeg® est complètement vidé de ses boues et de son eau. Il peut alors être rempli d’eau (eau clarifiée secondaire…) ou laissé vide en attente, prêt à démarrer. À l'arrivée de l'épisode pluvieux suivant, les performances obtenues en fonctionnement continu sont atteintes immédiatement et le temps nécessaire au démarrage est quasi nul (cf. graphe 2).
En traitement combiné traitement primaire des eaux usées de temps de pluie et déphosphatation tertiaire
C'est le cas des installations de Méru, Metz et Limoges notamment en France mais aussi de l'installation de Bay View Toledo aux États-Unis.
Afin d’optimiser les coûts d’investissement et d’exploitation des stations ce traitement combiné a été mis en œuvre. En temps sec le Densadeg® effectue la déphosphatation tertiaire des eaux clarifiées secondaires ; en temps de pluie le débit excédentaire d’eaux usées est traité de façon physico-chimique sur tout ou partie des ouvrages de traitement tertiaire.
Présentation des résultats de l’installation de Méru
Les résultats obtenus pour ce type de fonctionnement sont présentés sur la base d’un événement pluvieux intense observé en fin d'année 2002 sur l'installation de Méru.
Le Densadeg® de Méru fonctionne en déphosphatation tertiaire jusqu’au débit maximal de la filière biologique de 400 m³/h (graphe 3).
Il fonctionne en décantation primaire du mélange d'eau clarifiée secondaire et d'eau usée de temps de pluie jusqu’au débit de 800 m³/h (fonctionnement mixte). Ensuite il fonctionne en décantation primaire des eaux usées de temps de pluie jusqu’à son
Tableau 1 : Quelques références en traitement d’eaux pluviales
| Installation | Application | Débit | Livraison |
|---|---|---|---|
| Limoges (France) | Pluvial/Élimination P tertiaire | 90 000 | 2000 |
| Méru (France) | Pluvial/Élimination P tertiaire | 505 | 1999 |
| Nancy (France) | Pluvial | 10 700 | 2004 |
| Valence (France) | Pluvial | 3 800 | 2004-2005 |
| Halifax (France) | Pluvial | 15 000 | 2005-2006 |
Le débit maximal de conception est de 2.000 m³/h (l'eau clarifiée secondaire est alors by-passée, et la vanne fermée).
Les résultats obtenus (Graphes 4 et 5) lors de l’épisode pluvieux étudié montrent que le Densadeg® s’adapte parfaitement bien et immédiatement au changement de qualité de l'eau brute. En fonctionnement primaire, après l'arrivée de la pluie, le rendement d’élimination des MES est supérieur à 90 %.
Suite à des essais pilote, Infilco Degrémont, la filiale américaine du groupe, est en train de construire pour la ville de Toledo, aux États-Unis, une installation permettant de traiter un débit pouvant aller de 2.400 m³/h jusqu’à 36.600 m³/h et constituée de six Densadeg® de 235 m³ chacun.
En France, ce sont deux nouvelles références qui sont en cours de construction par Degrémont pour les villes de Cahors et Sallanches. Associés à des réacteurs biologiques de type séquencé Cyclor™, les Densadeg® seront utilisés soit en traitement primaire des eaux usées de temps de pluie, soit en traitement primaire des eaux usées de temps sec.
En dehors du temps de pluie, le Densadeg® fonctionne sans polymère comme un décanteur primaire et limite ainsi la pollution à prendre en compte pour le dimensionnement du traitement biologique du type séquencé du Cyclor™. En temps de pluie, le Densadeg® reçoit la totalité des eaux et travaille avec injection de coagulant et de polymère pour en augmenter les performances.
Tableau 2 : Chronologie du fonctionnement lors de l’épisode pluvieux étudié
| 0 à 140 mn | Transition entre fonctionnements tertiaire et primaire (vanne d’isolation ouverte) |
| 140 à 190 mn | Fonctionnement primaire (vanne d’isolation fermée) |
| 190 à 240 mn | Transition entre fonctionnements primaire et tertiaire (vanne d’isolation ouverte) |
Station d’épuration de Sallanches
53.000 équivalent habitants
Débit journalier temps sec : 12.000 m³/jour
Débit horaire temps de pluie : 1.800 m³/h
Décantation primaire : 1 Densadeg® de 44 m³
Traitement biologique : 4 cellules Cyclor™
Station d’épuration de Cahors
50.000 équivalent habitants
Débit journalier temps sec : 1.200 m³/jour
Débit horaire temps de pluie : 3.900 m³/h
Décantation primaire : 2 Densadeg® de 24 m³
Traitement biologique : 4 cellules Cyclor™
Conclusion
Face à la problématique du traitement des eaux pluviales, les décideurs locaux ont désormais un outil performant et éprouvé qui permet une réduction très importante des rejets de polluants en temps de pluie dans le milieu récepteur.
Le procédé mis en œuvre en fait un outil de traitement fiable, au démarrage quasi immédiat. Il peut être mis en place pour le traitement primaire des surverses, au niveau des déversoirs d’orages ou dans les usines de traitement (utilisation en temps sec pour l’élimination du phosphore résiduel présent dans les eaux secondaires).
De plus, le Densadeg® est complètement automatisé, ce qui en fait un outil très simple d'utilisation.
Références bibliographiques
Utilisation du Densadeg® pour traiter les eaux usées de temps de pluie – Jean-Louis Westrelin – Richard Dupuy d’Angeac, Novatech 2004
