Épuration des eaux usées

 Les concepts présentés dans la l’annexe C permettent de bien cerner le problème que pose la pollution de l’eau. Ainsi pour assurer la pérennité des ressources en eau douce, la protection et la gestion des milieux aquatiques est devenue impérative. Dans ce but, des textes règlementaires légiférant sur le traitement des eaux usées firent leur première apparition au cours de la seconde moitié de 푋푋푒 siècle [Boutin, 1985]. Ces lois ont pour objectif une épuration satisfaisante, en mettant l’accent sur la réduction des rejets des composés organiques biodégradables, d’ammoniaque…

Les étapes principales du traitement des eaux usées

 Nous venons de voir dans l’annexe C que l’eau est le mélange des divers agents polluants. Etant donné cette structure de l’eau, plusieurs technologies sont mises en place, chacune spécifique aux caractéristiques de l’agent polluant à traiter. On distingue principalement dans la station d’épuration, l’enchainement de quatre étapes de traitement (figure 3.1) : 

Le pré-traitement

 Le pré-traitement est une étape préliminaire à caractère mécanique. Elle a pour but l’extraction des matières flottantes grossières. Il comprend : − Dégrillage: il permet l’élimination des déchets grossiers en suspension en utilisant des grilles de plus en plus fines. − Le dessablage : il a pour fonction de retenir les sables entrainés avec l’eau afin de protéger les pompes contre l’abrasion. − Le déshuilage : le but de cette étape est de retenir les huiles ou les graisses rejetés par certaines entreprises ou industries raccordées au réseau d’assainissement. Ces grains sont séparés de la surface de l’eau par recyclage, suite à une injection d’air.

Le traitement primaire 

Durant cette phase, plus de la moitié de la pollution est éliminée. Les matières solides extraites sont sous forme de boues dites « boues primaires ». Le traitement fait appel à trois procédés physiques : − La décantation : l’eau s’écoule à faible vitesse dans un grand bassin, appelé décanteur, au fond duquel se séparent les matières en suspension ou colloïdales du liquide par sédimentation. − La flottation : permet d’éliminer les matières dont la masse volumique réelle ou apparente est inférieure à celle de l’eau. − La filtration : c’est le passage d’un mélange liquide-solide à travers un milieu poreux (filtre) qui retient les solides et laisse passer les liquides. 

Le traitement secondaire 

Dans cette étape, les agents épurateurs sont les micro-organismes. Cette population bactérienne assimile les composés solubles d’origine organique. Les procédés mis en œuvre se distinguent selon le type de culture bactérienne [Benefield et Randall, 1980; Horan, 1990; Edeline, 1993] : culture fixe ou culture libre. − Culture fixe : les micro-organismes sont fixés sur des supports. Ces méthodes permettent un traitement intensif de l’eau puisqu’il y a une concentration en biomasse plus importante dans une taille relativement faible. Cependant, ils présentent des risques de colmatage ou d’émanation d’odeurs. Nous pouvons citer les méthodes les plus courantes (tableau 3.1) [Satin et Belmi, 1999, Degremont, 2005]. 3 FKE grand gain adaptatif 55 − Culture libre : les micro-organismes sont maintenus en suspension dans le mélange à épurer. Comparés aux procédés à culture fixe, ces dispositifs ont l’avantage d’une meilleure maitrise des facteurs d’épuration. d. Le traitement tertiaire C’est un raffinage du traitement secondaire. Il permet d’éliminer les métaux, les composés organiques non-biodégradables ou les odeurs apparues durant le traitement secondaire afin de réutiliser les eaux épurées à des fins agricoles ou industrielles. Ils sont éliminés par des actions spécifiques de désinfection, neutralisation, stabilisation…

Traitement biologique par boues activées

 Les procédés de traitement biologique par boues activées sont des activités biologiques de transformation des polluants biodégradables par l’intermédiaire de micro-organismes. Les boues activées représentent le milieu idéal pour une activité maximale des bactéries : un apport en oxygène suffisant, une agitation permanente et un effluent riche en nutriment. Une description à l’échelle microscopique du processus d’épuration de l’eau, ainsi que la présentation de fonctionnement de la chaine de traitement à l’échelle réelle, font l’objet de cette section.

Dégradation des polluants à l’échelle microscopique 

Substrat et micro-organismes épurateurs 

− Le substrat : les substrats ou les matières nourrissantes des micro-organismes peuvent être présents dans l’eau épurée soit sous forme directement assimable par les bactéries, soit elles subissent une hydrolyse par exoenzymes. − Micro-organismes épurateurs: ces micro-organismes sont à la base de l’épuration biologique des eaux usées. Ce sont essentiellement les bactéries, des protozoaires, des levures et moisissures. Grâce à leurs structures simples et leur multiplication rapide, certaines de ces populations microbiologiques sont capables de dégrader les matières polluantes présentes dans les eaux usées: • Les bactéries : ce sont des micro-organismes unicellulaires. Elles se multiplient et se croisent en général par fission binaire. Leur concentration dans les procédés biologiques est la plus élevée des autres populations. Elle peut atteindre jusqu’au 106 bactéries/ml. • Les protozoaires : ils présentent des structures plus complexes que celle des bactéries. Ils sont classifiés selon leur mode de mouvement en trois catégories : nageurs, rampants ou sessiles [Edeline, 1993]. Grâce à leurs interactions avec les bactéries épuratrices (compétition et prédation), ils peuvent jouer un rôle important au cours du processus d’épuration de l’eau. • Les algues : ces micro-organismes sont multicellulaires ou photosynthétiques unicellulaires. En général les algues sont indésirables dans les ressources d’eau car elles affectent leur goût et leur odeur. Elles jouent un rôle bénéfique, seulement pour les lits bactériens ou les bassins de lagunage. La population bactérienne consomment les polluants pour : − La synthèse de cytoplasme (dont le composé principal est le carbone) à partir du carbone. − La croissance par exemple synthèse de protéine en consommant de l’azote. − La croissance cellulaire et les réactions biosynthétiques en consommant le phosphore par exemple. 

Les processus métaboliques

 Les mécanismes fondamentaux impliqués dans le traitement des eaux usées se basent sur la présence des micro-organismes, essentiellement les bactéries, qui dégradent les matières minérales et organiques pour leur métabolisme ou développement (figure 3.2). On distingue principalement deux mécanismes métaboliques [Moser, 1988] : − Catabolisme : c’est la phase au cours de laquelle les substances nutritives grosses ou sous forme colloïdales sont dégradées en pyruvate (composés plus petits et plus simples). Elle représente l’ensemble des réactions de dégradation enzymatique et d’oxydation. De l’énergie est libérée au cours de cette phase. − L’anabolisme : contrairement au catabolisme, l’anabolisme est une activité endothermique qui utilise l’énergie libérée par le processus de catabolisme. Il correspond à l’ensemble des réactions d’oxydation et de dégradation enzymatique.