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Les concours de la FPT


Dernière mise à jour : novembre 2019

Une station d’épuration est installée à l’extrémité d’un réseau de collecte, elle reçoit les eaux « brutes » issues d’un réseau d’assainissement unitaire ou séparatif. Elle traite les eaux avant rejet au milieu naturel, pour cela, 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 principe

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1.2. Les prétraitements

Il est constitué de plusieurs dispositifs :

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 consiste à faire passer l’eau dans des bassins où la réduction de vitesse d’écoulement fait se déposer les sables. Les sables sont récupérés par pompage. On enlève ainsi de l’eau les éléments grossiers et les sables de dimension supérieure à 200 microns.

Le déshuilage-dégraissage consistent ensuite à faire passer l’eau dans des bassins où la réduction de vitesse d’écoulement fait flotter les graisses. L’injection des microbulles d’air permet d’accélérer la flottation des graisses. On enlève de 80 à 90 % des graisses et matières flottantes (soit 30 à 40 % des graisses totales).

1.3. Le traitement primaire : Physico chimique

Objectif de ce traitement est la séparation des matières insolubles (matières en suspension MES), par une décantation assistée.

Les matières en suspension (MES) coulent. Plus elles sont fines et plus c’est long, d’où l’ajout de réactifs pour accélérer le processus. On provoque la coagulation avec des sels métalliques (Fe3+, Al3+). Ils ont des charges positives et se lient aux particules à charges négatives. Cela forme des particules un peu plus grosses.

Ensuite, la floculation consiste à ajouter des polymères qui vont jouer le rôle de colle entre les particules qui deviennent encore plus grosse et vont couler très vite. Ceci accélère la décantation.

A la fin de cette étape, on obtient des boues primaires ou des boues physico-chimiques.

1.4. Le traitement secondaire : traitement biologique

Objectif du traitement biologique est l’élimination de matière organique biodégradable, qu’elle soit soluble ou colloïdale, ainsi que l’élimination de composés contenant de l’azote et du phosphore

Le traitement biologique des eaux usées est effectué grâce à l’utilisation de microorganismes et de Bactéries en particulier pour effectuer l’élimination des composants solubles dans l’eau. Ces processus mettent à profit la capacité des microorganismes à assimiler la matière organique (le carbone) et les nutriments (azote et phosphore) dissous dans l’eau usée pour leur propre croissance.

Dans une station d’épuration classique, le système fonction en milieu aérobie, c’est-à-dire en présence d’oxygène. Mais parfois, on utilise aussi des bactéries anaérobies (qui n’ont pas besoin d’oxygène) pour certaines réactions.

On observe alors 2 méthodes :

les cultures libres, où les bactéries évoluent librement dans l’eau, par exemple les boues activées ou le lagunage,
les cultures fixes, où les bactéries sont fixées sur un support, par exemple les disques biologiques, les filtres à sable ou les lits bactériens. 

Le traitement secondaire s’achève par une dernière décantation, on récupère alors les boues essentiellement composées de bactéries. Dans le cas des boues activées, une partie de ces boues de décantation est remise en amont pour apporter la population de bactéries nécessaires.

1.5. Le traitement tertiaire des eaux usées

Objectif de ce traitement : désinfecter l’eau avant le rejet au milieu naturel.

Le traitement tertiaire est effectué de manière très variable, allant d’un simple ajout d’eau de javel ou de chlore justement dosé à un passage sous des lampes à UV. Certains encore utilisent de l’ozone (un gaz fabriqué sur place car il est instable), d’autres stockent l’eau dans des bassins peu profonds favorisant l’action du soleil.

2. La directive sur les eaux résiduaires urbaines - DERU

2.1. La loi

La Directive du 21 mai 1991 relative au traitement des Eaux Résiduaires Urbaines (DERU) impose l’obligation 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 de 1992 dite sur l’eau,

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.

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.

DCO : demande chimique en oxygène. C’est la consommation en dioxygène pour oxyder les substances organiques et minérales de l'eau. C'est l'une des méthodes les plus utilisées pour évaluer la charge globale en polluants organiques d'une eau.

3. Auto surveillance des systèmes d’assainissement

Objectif de l’auto surveillance, c’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.

Les résultats de l’auto surveillance sont transmis au service de police de l’eau :

DREAL : la direction régionale de l’environnement (DREAL) coordonne la police de l’eau et assure l’inspection des installations qui comporte un risque pour l’environnement, appelée ICPE « installation classée pour la protection de l’environnement »

L'auto surveillance concerne les systèmes d’assainissement collectif et les installations d’assainissement non collectif, recevant une charge brute de pollution organique supérieur 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.

Le maître d’ouvrage de la station de traitement des eaux usées doit être en capacité de surveiller :

  • 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

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 décantation des matières en suspension (MES) contenues dans les eaux usées. 70 % des MES peuvent ainsi être retenues.
Boues de traitement physico-chimiques : elles sont produites à partir des matières organiques particulaires ou colloïdales contenues dans les eaux usées. A partir de l’agglomération 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.
Boues de traitement biologique : elles sont produites à partir à partir de 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 : : produites par les stations en zones rurales ou péri-urbaines (environ 15 % des tonnages MS),
Les boues pâteuses : produites par les 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 : : produites par les 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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