La lutte contre la pollution des eaux

Selon son origine, la pollution des eaux superficielles et souterraines peut être réduite de façon préventive ou curative et selon des procédés divers schématisés comme suit :

L'épuration biologique, les principaux procédés

C'est le procédé le plus utilisé pour restaurer la qualité de l'eau en la débarrassant de ses principales impuretés, pourvu qu'elles soient biodégradables et ne contiennent pas de toxiques. L'épuration biologique consiste à mettre la matière organique contenue dans les eaux usées au contact d'une masse bactérienne active en présence d'oxygène. Composée essentiellement de bactéries et de protozoaires, celle-ci va se nourrir de la matière organique et la dégrader. Elle reproduit dans des réacteurs spécifiques un phénomène qui se serait déroulé naturellement dans les rivières. A l'issue de ce processus, les bactéries constituent les “boues” qui devront être séparées de l'eau épurée.

Suivant la technologie utilisée, ces cultures bactériennes peuvent être libres (boues activées) ou fixées (lits bactériens et biofiltres). On distingue :

Les boues activées

Cette technologie est employée par la quasi totalité des agglomérations de plus de 5 000 habitants et par certaines activités industrielles. A raison de plusieurs grammes par litre, les micro-organismes évoluent dans une solution maintenue en agitation et alimentée en oxygène par brassage ou insufflation. L'eau usée est amenée en continu et le temps de séjour dans le réacteur biologique varie de quelques heures à quelques jours.

Le lit bactérien

Utilisé pour les eaux très chargées (agro-alimentaire, apports viticoles...), il est constitué d'un bassin rempli de pouzzolane, roche poreuse d'origine volcanique sur laquelle les micro-organismes forment une pellicule appelée zooglée. L'effluent est distribué par aspersion en surface et l'oxygénation est apportée par ventilation naturelle de bas en haut.

La biofiltration

Cette technique est surtout utilisée pour le traitement des eaux urbaines lorsque se pose un problème d'encombrement. Elle utilise comme support un matériau granulaire qui assure d'une part, la rétention des matières en suspension par filtration et d'autre part, la fixation d'une biomasse épuratoire. L'air est insufflé par le bas ; l'eau peut être introduite par courant ascendant ou descendant suivant la technique utilisée. Les micro-organismes adhèrent à chaque grain sous la forme d'un film biologique épurateur.

Les techniques membranaires (ou microfiltration)

Elles ne sont actuellement utilisées que pour l'épuration des eaux industrielles (papeterie, mécanique, agro-alimentaire). Constituées de fibres creuses assemblées en éléments généralement cylindriques, les membranes permettent de retenir des éléments de très faible taille. Ces techniques présentent deux avantages : compacité et production moindre de boues.

La méthanisation

C'est un processus biologique anaérobie (sans air) conduisant à la production de gaz carbonique et de méthane (combustible). Il est utilisé essentiellement dans l'industrie agro-alimentaire. L'eau à traiter traverse un réacteur fermé relié à un stockage de gaz.

Le lagunage

Le lagunage naturel est un procédé d'épuration extensif, consistant à faire séjourner les eaux usées dans plusieurs bassins successifs, de grande taille, peu profonds (moins de 1,50 m) et étanches (trois en général, dont le dernier est planté de végétaux).

L'élimination de la pollution organique et, pour partie, des germes infectieux est obtenue par des organismes vivants ; l'oxygénation provient directement des échanges d'air et de la photosynthèse (l'énergie étant fournie par le rayonnement solaire). Le lagunage peut aussi être utilisé en “finition” en aval d'une station d'épuration, essentiellement pour obtenir un abattement des germes infectieux (dans une zone de baignade par exemple).

L'épuration physico-chimique

Lorsqu'un effluent contient des toxiques, il ne doit pas être introduit dans un traitement biologique car il en détruirait les micro-organismes. La plupart des effluents rejetés par l'industrie chimique et l'industrie des métaux contiennent des toxiques et font l'objet d'un traitement particulier. Les réactifs utilisés sont adaptés à la nature de chaque substance toxique à neutraliser.

Par l'ajout de réactifs coagulants et de polyélectrolytes, on provoque une action ionique qui favorise la floculation. Les précipités sont recueillis par décantation sous forme de boues. Cette technologie est utilisée pour l'élimination du phosphore (combinée éventuellement avec l'épuration biologique).

Description d'une station d'épuration urbaine : les étapes

Un relevage est généralement effectué. Il est constitué d'une pompe ou d'une vis sans fin : il remonte les eaux usées de plusieurs mètres pour permettre un écoulement gravitaire d'un bout à l'autre du traitement. Les étapes de l'épuration sont les suivantes :

• le prétraitement,
  
• le traitement primaire éventuel,
  
• le traitement biologique secondaire,
  exceptionnellement un traitement tertiaire (traitement du phosphore),
  
• le traitement des boues.

Les prétraitements et le traitement primaire

Le dégrillage retient, par des grilles placées en travers du canal d'amenée, les déchets de bois, papiers, plastique, chiffon... afin de protéger les matériels de la station contre les obstructions. Le dessablage sépare la terre et le sable susceptibles d'endommager les pompes. Le déshuilage (généralement combiné avec le dessablage) favorise, par injection de fines bulles d'air, la flottation des huiles et des graisses qui sont séparées par raclage de surface.

La décantation primaire (éventuelle)

La décantation primaire recueille, par pompage de fond, les matières qui se sont déposées par simple décantation sous forme de boues dites “boues primaires”.

Le traitement biologique secondaire

• une zone aérée dans laquelle croissent des bactéries aérobies assimilant la pollution organique carbonée ; les composés azotés y sont transformés en nitrates (c'est la nitrification),
• une zone non aérée (ou anoxique) dans laquelle les bactéries transforment les nitrates en azote gazeux (c'est la dénitrification).

Le traitement du phosphore

La plupart des stations éliminent en même temps le phosphore des eaux usées ; cette élimination se fait soit par précipitation seule (traitement “physico-chimique”) soit en combinaison avec une élimination biologique. Ce traitement conduit à une production de boues supplémentaire. Le clarificateur est un bassin dans lequel se fait la séparation des boues qui se déposent au fond, tandis que l'eau épurée s'écoule en surface par débordement. Une partie des boues est recyclée vers le bassin à boues activées (c'est la “recirculation”) alors que l'autre est évacuée pour un traitement spécifique.

Le traitement des boues et leur devenir

Les boues extraites des décanteurs ont une teneur en eau voisine de 99% qu'on exprime également en siccité (1%). En fonction de leur destination, elles font l'objet d'un traitement et d'un conditionnement ayant comme objectif de réduire leur volume (en éliminant l'eau) et le cas échéant de les stabiliser. Le traitement retenu dépend de la nature des boues et surtout de leur destination finale, qui peut être :

• l'épandage agricole sous forme liquide, pâteuse, ou à l'état de compost,
  
• la mise en décharge (cette solution doit être progressivement abandonnée),
  
• l'incinération dans un four spécifique ou avec les ordures ménagères (appelée co-incinération).

Le traitement comprend une ou plusieurs étapes :

• l'épaississement, grâce auquel la siccité atteint 3 à 5% ; il est obtenu soit dans un silo (appelé épaississeur) soit par passage sur une grille d'égouttage.
  
• la stabilisation, nécessaire surtout pour les boues issues d'une décantation primaire. Elle est obtenue soit par une fermentation produisant du méthane (appelée digestion anaérobie), soit par mélange avec des matières carbonées (sciure, écorces, paille), c'est le compostage.
  
• la déshydratation permettant d'atteindre une siccité de 20 à 30%. On recourt à un procédé mécanique généralement combiné à l'injection de réactif (chaux lorsque les boues sont destinées à l'agriculture, réactifs “polymères”). Les procédés mécaniques habituels sont la centrifugation (provoquant un essorage) et le passage dans un filtre à bande ou un filtre-presse.
  
• le séchage (siccité de 60 à 90%) nécessitant un apport énergétique onéreux.

Les techniques utilisées sont également liées à la taille des stations : ainsi, en milieu rural offrant des facilités d'épandage, on pourra se contenter d'un simple épaississement, alors que les unités de grande taille doivent souvent recourir à une déshydratation, voire un séchage, en vue de l'incinération.

Traitements tertiaires

Lorsque le lieu de rejet est “fragile” (infiltration rapide dans le sous-sol) des traitements complémentaires situés “en aval” d'un autre traitement peuvent être nécessaires. Il s'agira notamment :

• de traitement physico-chimique permettant une réduction des matières en suspension,
  
• d'épandage souterrain (en aval de lagunes par exemple),
  
• de désinfection par ultra-violets (ce qui suppose une bonne transparence de l'eau traitée). Ces deux dernières techniques permettent un abattement notable des germes infectieux (réduction d'un facteur 100 à 1000).
  

Au vu des résultats de fonctionnement des ouvrages récents, les traitements tertiaires ne semblent pas nécessaires à une élimination, même poussée (moins de 1 mg/l), du phosphore.

L'épuration du sol par les plantes

• les systèmes d'épandage souterrain par drains, dans ce cas l'épuration est assurée par les bactéries fixées sur le sol support. L'eau épurée est généralement collectée à la base (imperméable) du dispositif.
  
• Les systèmes d'épandage sur sol plantés (encore appelés rhizosphères). La pollution est ici “consommée” par les végétaux (historiquement jacinthes d'eau, actuellement roseaux). Ce dispositif est dépendant du cycle végétatif et son efficacité globale reste à vérifier.

Le devenir des autres déchets

Les déchets retenus au dégrillage et au dessablage sont évacués en décharge avec les ordures ménagères. C'est aussi fréquemment la destination des graisses mais des unités de traitement commencent à se développer sur les ouvrages de grande taille permettant d'envisager un recyclage prochain.