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Les concours de la FPT


Dernière mise à jour : novembre 2019

Une station d’épuration est installée généralement à l’extrémité d’un réseau de collecte, sur l’émissaire principal, juste en amont de la sortie des eaux vers le milieu naturel. Elle rassemble une succession de dispositifs, empruntés tour à tour par les eaux usées. Chaque dispositif est conçu pour extraire au fur et à mesure les différents polluants contenus dans les eaux.

1. Principe de fonctionnement d’une STEP

1.1. Schéma de fonctionnement d’une STEP

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1.2. Les prétraitements

Le dégrillage consiste à faire passer les eaux usées au travers d’une grille dont les barreaux, plus ou moins espacés, retiennent les éléments les plus grossiers.
Le dessablage et le déshuilage-dégraissage consistent ensuite à faire passer l’eau dans des bassins où la réduction de vitesse d’écoulement fait se déposer les sables et flotter les graisses. L’injection des microbulles d’air permet d’accélérer la flottation des graisses. Les sables sont récupérés par pompage alors que les graisses sont raclées en surface.
On enlève ainsi de l’eau les éléments grossiers et les sables de dimension supérieure à 200 microns ainsi que 80 à 90 % des graisses et matières flottantes (soit 30 à 40 % des graisses totales).

1.3. Les traitements biologiques

Le but

  • Élimination de substances organiques (COT, DCO (COD), DBO (BOD), ...)
  • La dégradation des détergents biodégradables, huiles et graisses, ...
  • Enlèvement d'azote (ammonification, la nitrification, la dénitrification)
  • Enlèvement phosphate (dephosphatation)
     

Principe

Dans une station d’épuration biologique, la pollution organique est dégradée par des micro-organismes. Pour ce faire, ils utilisent de l’oxygène apporté par des aérateurs. Pendant le processus d’épuration, les micro-organismes se développent sous forme de flocs bactériens. Ces flocs bactériens sont ensuite séparés de l’eau épurée par décantation ou par filtration membranaire.

Schéma

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Matières organiques + O2 --> CO2 + H2O + boues biologiques

Applications

Une station d’épuration biologique est adaptée pour le traitement d’eaux usées contenant des composés dégradables biologiquement (DCO, DBO). Pendant le processus d’épuration, les micro-organismes se reproduisent et consomment conjointement de l’azote et du phosphore contenu dans les eaux usées. En cas d’excès d’azote, la station d’épuration est complétée par un étage de traitement biologique de l’azote. Un excès de phosphore sera éliminé par le dosage d’un sel métallique.

Les traitements physico-chimiques permettent d’agglomérer ces particules par adjonction d’agents coagulants et floculants (sels de fer ou d’alumine, chaux...). Les amas de particules ainsi formés, ou “flocs”, peuvent être séparés de l’eau par décantation ou par flottation.

1.4. La clarification

L'effluent traité mais qui possède encore des matières en suspension, est transféré vers le bassin de clarification. Dans ce bassin, l'effluent sera débarrassé des matières en suspension par le biais d'un phénomène physique naturel de décantation.

Pour cela, l'effluent est dirigé vers un diffuseur central qui lui ôte sa plus grande partie d'énergie cinétique (vitesse), en lui imposant une déviation vers le bas.

La circulation de l'effluent depuis le fond du diffuseur central vers l'anneau extérieur de décantation permet d'obtenir un débit radial constant et uniforme.

L'effluent ainsi réparti, libère, au cours de la traversée de l'ouvrage, les particules décantables. Ces dernières se déposent en fond de bassin, sur le radier.

Un pont tournant racleur ramène les matières décantées vers un puits au centre du bassin. De là, sous pression hydrostatique, la boue est évacuée vers un silo épaississeur. Quant à l'effluent traité et clarifié, il s'évacue par surverse vers le lieu de rejet final.

1.5. Désinfection UV

Pour concilier la protection de la sécurité publique et de l’environnement avec la nécessité d’une désinfection efficace, de nombreux exploitants de stations d’épuration des eaux usées ont adopté la lumière UV comme option de désinfection la plus appropriée – comparée à la désinfection chimique.

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La désinfection par UV est un procédé physique qui neutralise instantanément les micro-organismes exposés à des lampes UV immergées dans l’effluent. Le procédé n’ajoute rien d’autre à l’eau que de la lumière UV et n’a, par conséquent, aucune incidence sur la composition chimique ou la teneur en oxygène dissous de l’eau, ni ne produit de sous-produits de désinfection nocifs. À cet égard, il assure la conformité à la réglementation toujours plus stricte des décharges d’effluents.

Vocabulaire : DBO5 : Demande Biologique/Biochimique en Oxygène pour 5 jours. La DBO est la quantité d’oxygène nécessaire aux micro-organismes présents dans un milieu pour oxyder (dégrader) les substances organiques contenues dans un échantillon d’eau maintenu à 20° C et dans l’obscurité, pendant 5 jours.

2. La directive sur les eaux résiduaires urbaines - DERU

2.1. La loi

La directive n° 91/271/CEE du 21 mai 1991 relative au traitement des eaux urbaines résiduaires impose des obligations de collecte et de traitement des eaux usées. Les niveaux de traitement requis et les dates d’échéance de mise en conformité sont fixés en fonction de la taille des agglomérations d’assainissement et de la sensibilité du milieu récepteur du rejet final :

  • traitement plus rigoureux à l’échéance du 31/12/1998 pour les agglomérations de plus de 10 000 Eh rejetant dans une des zones sensibles délimitées par l’arrêté du 23 novembre 1994 ;
  • traitement plus rigoureux à l’échéance du 31/08/2006 pour les agglomérations de plus de 10 000 Eh rejetant dans une des zones sensibles délimitées par l’arrêté du 31 août 1999 ;
  • traitement secondaire à l’échéance du 31/12/2000 pour les agglomérations de plus de 15 000 EH rejetant en zones non sensibles ;
  • traitement secondaire ou approprié (selon la taille de l’agglomération et le type de milieu de rejet) à l’échéance du 31/12/2005 pour les autres agglomérations, y compris les agglomérations de moins de 2 000 Eh équipées d’un réseau de collecte.
    Ces obligations ont été transcrites en droit français par la loi n° 92-3 du 3 janvier 1992 sur l’eau, le décret n° 94-469 du 3 juin 1994 relatif à la collecte et au traitement des eaux usées et l’arrêté du 22 juin 2007 relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées des agglomérations d’assainissement.

2.2. Vocabulaire

Agglomération d’assainissement : Une agglomération d’assainissement est une zone de population et d’activités économiques déjà raccordée à un système d’assainissement (Réseau de collecte ou/et Station d’épuration). Elle peut ainsi recouvrir plusieurs communes ou seulement une partie d’une commune. En règle générale, 1 agglomération d’assainissement = 1 système d’assainissement composé d’un réseau de collecte et d’une station de traitement des eaux usées.
Equivalents-habitants (Eh) : L’Equivalent-habitants est une unité de mesure permettant de quantifier la charge brute de pollution organique, 1 Eh= 60 g de DBO5.
Zones sensibles : Les zones sensibles qui nous intéressent sur le territoire national sont principalement des masses d’eau sensibles à l’eutrophisation. Les pollutions visées sont essentiellement les rejets de phosphore et/ou d’azote en raison des risques que représentent ces polluants pour le milieu naturel (eutrophisation).
La délimitation des zones sensibles est révisée tous les 4 ans. La dernière révision publiée au journal officiel du 22 février 2006 a permis de fixer de nouvelles délimitations avec une échéance à début 2013. Une nouvelle révision est prévue pour fin 2009.

3. Autosurveillance des systèmes d’assainissement

L’autosurveillance est la surveillance des systèmes de collecte et de traitement des eaux usées par les maîtres d’ouvrage afin d’en maintenir et d’en vérifier l’efficacité. A la demande du préfet, une surveillance du milieu récepteur des rejets peut également être réalisée.

Les résultats de l’autosurveillance sont transmis au service de police de l’eau et à l’agence de l’eau. Ils leur permettent respectivement de contrôler le respect des obligations réglementaires et de calculer le montant de l'aide à l'épuration.

L'autosurveillance concerne les systèmes d’assainissement collectif et les installations d’assainissement non collectif, à l’exception des installations d’assainissement non collectif recevant une charge brute de pollution organique inférieure ou égale à 1,2 kg/j de DBO5.

L’arrêté du 21 juillet 2015 définit les prescriptions techniques et les modalités de surveillance et de contrôle des systèmes d’assainissement. Elles peuvent être adaptées au niveau local par le préfet.

3. Autosurveillance du système de traitement des eaux usées

Le maître d’ouvrage de la station de traitement des eaux usées met en place les aménagements et équipements adaptés pour obtenir les informations citées dans les annexes 1 et 2 de l’arrêté du 21 juillet 2015.

Sont à surveillés :

  • les déversoirs en tête de station et les by-pass vers le milieu récepteur en cours de traitement
  • les entrées et sorties de la station de traitement des eaux usées
  • Les apports extérieurs sur la file eau (matières de vidange, matières de curage…)
  • La nature, la quantité des déchets évacués et leur(s) destination(s)
  • Les apports extérieurs de boues
  • Les boues produites
  • Les boues évacuées
  • La consommation d’énergie
  • La quantité de réactifs consommés sur la file eau et sur la file boue
  • Le volume d’eaux usées traitées réutilisées
  • La destination des eaux usées traitées réutilisées

Le maître d’ouvrage envoie avant le 1er décembre de l’année N-1 un calendrier prévisionnel de réalisation des mesures au service de police de l’eau pour acceptation, et à l’agence de l’eau ou l’office de l’eau.

4. Le devenir des boues d’épuration

4.1. Les types de boues

Selon le type de traitement des eaux usées, une station d’épuration peut produire, à l’origine, trois grandes catégories de boues :
Boues de traitement primaire : elles sont produites par une simple décantation des matières en suspension (MES) contenues dans les eaux usées. 70 % des MES peuvent ainsi être retenues. Avec l’évolution de la conception des stations, ce type de boues est en train de diminuer.
Boues de traitement physico-chimiques : variante du type précédent, les matières organiques particulaires ou colloïdales contenues dans les eaux usées sont agglomérées par addition d’un réactif coagulant (sels de fer ou d’aluminium). 90 % des MES peuvent ainsi être captées. Séparées par décantation, les boues obtenues renferment une partie importante de sels minéraux issus des eaux brutes et de l’agent coagulant. Les boues physico-chimiques sont surtout produites dans des stations balnéaires ou touristiques, aux variations de populations très grandes sur une courte période
Boues de traitement biologique : ces boues sont essentiellement formées par les résidus de bactéries “cultivées” dans les ouvrages d’épuration. Ces bactéries se sont nourries des matières organiques contenues dans les eaux usées et les ont digérées.

4.2. Traitement des boues : objectifs visés

Quel que soit le mode d'épuration des eaux usées, les boues sont initialement constituées d’eau (99 %), de matière organique fraîche, très fermentescible, et de matières minérales dissoutes ou insolubles.

Selon l’utilisation qui doit en être faite, des traitements complémentaires leurs sont appliqués:

  • pour réduire leur teneur en eau : du simple épaississement par gravité en passant par une déshydratation partielle (moins de 80 % d’eau), jusqu’à un séchage presque total (5 à 10 % d’eau),
  • pour stabiliser la matière organique, en diminuant sa fermentescibilité pour réduire ou même supprimer les mauvaises odeurs,
  • pour les hygiéniser, si nécessaire, en détruisant les micro-organismes pathogènes.

On produit ainsi toute une gamme de boues aux propriétés diverses : boues épaissies, déshydratées, séchées, digérées, chaulées, compostées, etc. Ces traitements influencent directement les propriétés fertilisantes des boues.

4.3. Les principaux types de boues proposés à l’épandage en agriculture

En simplifiant les choses, quatre grands types de boues sont recyclés en agriculture. Le classement se réfère à leur état physique ou à leur mode de stabilisation :
Les boues liquides : cas des petites stations en zones rurales ou péri-urbaines (environ 15 % des tonnages MS),
Les boues pâteuses : cas des stations de taille moyenne. Ce type de boues (environ 35 % des tonnages MS) est difficile à manipuler et à stocker. Surtout, il favorise les fermentations anaérobies (d’où un problème d’odeurs). On applique de plus en plus à ces boues un traitement complémentaire à la chaux ou par compostage,
Les boues chaulées : cas des stations de moyenne ou de grande taille. Selon le procédé utilisé et la dose de chaux incorporée, ces boues sont de consistance pâteuse ou solide. Ce type de boues est fréquent en France (environ 30 % des tonnages MS de boues sont chaulées),
Les boues compostées : cas des stations de taille moyenne en général. Cette filière est encore peu développée en France (2 % des tonnages MS de boues), car coûteuse, mais devrait prendre de l’essor, notamment en zone méditerranéenne.

Auteur :

CHRÉTIEN Vincent

Groupe :

Concours de la FPT

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Créé le 04 décembre 2019
 

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