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Les étapes de traitement d'une station d'épuration
Les trois premiers types de pollution – matières flottantes, lourdes et en suspension – sont éliminés par des traitements physiques ou physico-chimiques : prétraitement et décantation primaire. Les matières dissoutes, quant à elles, doivent faire appel à des traitements biologiques, souvent appelés secondaires.
Le dégrillage
Ouvrage de réception des eaux sur la station, la première mission du prétraitement est de mélanger et d’homogénéiser les eaux issues des différents collecteurs. Il permet aussi de protéger les étapes ultérieures de traitement contre les risques de bouchage et d’abrasion. Il comporte trois étapes, chacune spécifique à un type de pollution.
Le dégrillage est destiné à retenir les déchets volumineux. À son arrivée à l’usine d’épuration, l’eau passe par des grilles mécaniques de plus en plus fines :
Le nettoyage de ces grilles est automatique pour éviter le colmatage. Il est assuré par un peigne monté sur un treuil qui extrait les produits retenus sur la grille. Ces déchets sont compactés et évacués vers une usine d’incinération d’ordures ménagères.
Dans le bassin suivant, la vitesse de l’eau est réduite. Les matières minérales lourdes se déposent au fond du bassin, d’où ils sont extraits par raclage. Il s’agit de les retenir car ils pourraient être responsables d’abrasion sur les pompes et tuyauteries, de bouchage et d’ensablement d’ouvrages. La sédimentation ne doit toutefois pas toucher les matières en suspension organiques, faute de quoi, le produit de dessablage constituerait un magma malodorant. Les sables peuvent être lavés en vue de leur valorisation (remblai routier) ou évacués en décharge (aujourd’hui appelées Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux).
Le principe physique est simple. Les graisses et huiles étant plus légères que l’eau, il suffit de ralentir suffisamment la vitesse pour que les particules légères remontent à la surface et soient piégées. Toutefois, les particules graisseuses sont très fines et les forces de capillarité s’opposent à la poussée d’Archimède. Pour améliorer le rendement de séparation, on peut diffuser de très fines bulles d’air. Celles-ci se collent sur les particules et les font flotter plus rapidement. Le déshuilage est effectué dans le même bassin que le dessablage. Un râteau racle les graisses en surface. Le problème de l’évacuation des graisses est plus délicat. L’incinération constitue une bonne solution mais la difficulté réside dans la séparation de l’eau et des graisses.
C’est la suite du traitement physique. La décantation primaire agit sur les Matières En Suspension (MES), des fines particules insolubles dans un liquide.
Le lent passage de l’eau dans des bassins - les décanteurs primaires – permet aux forces de gravité de faire tomber ces matières au fond. Un racleur permet de rassembler les boues déposées vers le centre de l’ouvrage, puis des pompes les évacuent vers les installations de traitement des boues.
Désormais, dans les stations modernes, ce traitement peut être amélioré et devient physico-chimique. On peut augmenter le rendement de la décantation en utilisant des réactifs chimiques. Ceux-ci permettent d’agglomérer les fines particules en éléments plus gros qui décantent plus vite.
À ce stade, il reste essentiellement la pollution sous forme soluble, qu’elle soit carbonée, azotée ou phosphorée. Les traitements physiques ne permettent pas de retirer la pollution dissoute. La voie biologique constitue alors la forme d’élimination la plus compétitive économiquement. Il s’agit d’utiliser la grande diversité des bactéries naturellement présentes dans l’eau et leurs métabolismes dans des applications pour le traitement des eaux usées. À chaque composé à éliminer, une technique particulière a été adaptée aux spécificités bactériennes. L’abattement du carbone, la nitrification, la dénitrification et la déphosphatation sont les principales réactions biologiques bactériennes utilisées à des fins de dépollution.
À partir de la pollution, l’activité bactérienne assure la transformation de la matière organique en gaz (gaz carbonique, azote) d’une part et en cellules nouvelles d’autre part. Les cellules nouvelles correspondant à l’élimination de la pollution sont évacuées sous forme de boues en excès.
La technique la plus ancienne et la plus développée consiste en des cultures libres de bactéries, encore appelées des boues activées. En pratique, le système se compose d’un bassin d’aération (milieu aérobie nécessitant la fourniture d’oxygène) où les colonies bactériennes sont mises en cultures dans l’eau pour former les boues activées. L’eau épurée est séparée des boues dans un ouvrage de clarification appelé décanteur secondaire. Les boues décantées sont renvoyées en tête de bassin afin de maintenir une concentration bactérienne optimale, alors que l’eau épurée est évacuée vers le milieu naturel.
Dans la technique des cultures fixées, les bactéries forment un biofilm en se fixant sur un matériau support (des billes d’argile ou de polystyrène). Cela permet une concentration de la biomasse active et l’épuration de charges polluantes très élevées. En pratique, l’effluent traverse le matériau filtrant soit en flux ascendant, soit en flux descendant. Dans le cas des cultures fixées, il n’y a pas besoin de clarification ; l’ouvrage est donc plus compact, ce qui est particulièrement adapté aux stations d’épuration urbaines.
L’eau épurée – mais non potable – est enfin rejetée dans la rivière.
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