STEP - Rapport Final

Andres Pauline Haeck Gwennaël

Cours de Traitement des eaux

M. Delvoye HEPHC - Avril 2013

Rapport de visite des stations d'épuration de Maffle et Ath I.

Introduction - Le cycle naturel de l'eau

Dans la nature, les cours d'eau, les roches, les nappes aquifères, et autres sont des systèmes naturels d'épuration des eaux. Tout au long de leur trajet, les eaux de pluie et des cours d'eau sont épurées par les divers types de substrats et organismes qu'elles vont rencontrer. L'alternance de zones de lumière et d'ombre, de zones stagnantes et plus fluides et des différentes roches rencontrées, permettent à l'eau de passer par différentes phases de dégradation de la matière organique et des différents composés chimiques présents (NH4, phosphore, azote, etc.). En présence ou absence de lumière, avec des quantités d'oxygène fluctuante et en fonction du type de sous-sol (limon, roche sous-jacentes au lit du cours d'eau) les micro-organismes, les macro-organismes et les végétaux présents sont différents. À une échelle naturelle et à faible densité humaine n'exploitant que de faibles surfaces et n'utilisant pas ou très peu de produits toxiques et chimiques, ce système est suffisant pour épurer l'eau. Cependant, de nos jours, avec notre système de vie, les eaux résiduaires issues de nos consommations, mode de vie et organisation sociale (sanitaire, tâches ménagères, égouts, industrielles,...), sont bien trop chargées que pour être épurées par voies naturelles. C'est pourquoi différents types d'assainissement des eaux de ville et des industries ont été mis en place pour résoudre le problème des eaux usées. Les exemples d'épuration des eaux décrits ci-dessous sont ceux de Maffle qui utilise un système par lagunage, et celui de Ath avec son système d'épuration par boues activées.

II.

Station d'épuration de Maffle

La station d'épuration de Maffle traite l'eau par un système d'épuration par lagunage. Elle traite les eaux des populations de Maffle et Arbre depuis 1988. La lagune est le système d'épuration de l'eau qui se rapporte le plus à l'épuration naturelle par les cours d'eau.

1) Caractéristiques Le tableau ci-dessous donne les informations du bassin concerné par l'épuration et la zone de rejet des eaux usées épurées, ainsi que quelques chiffres de grandeur concernant la capacité et volume d'eaux traités par la station. Capacité Bassin Versant Bassin versant de l'Escaut et sousbassin versant de la Dendre

Cours d'eau

La Dendre

EH (équivalenthabitant)

1.500

Volume d'eaux traitées

Charge polluante traitée

m3/an

EH-DBO

165.935

1.002




Débits et quantités maximum d'admission de la station dépuration: Débit admis au dégrillage 75 m3/h Débit admis au traitement biologique 75 m3/h Charge journalière en DBO5 81 kg Q18 225 m3 Les boues Les boues issues de l'épuration de l'eau sont stockées au fond de la lagune. Tous les 10 ans environ, la lagune est curée afin de retirer la vase qui s’accumule au fond de la lagune et afin de préserver le traitement biologique de l'eau. Normes de rejets des eaux épurées: DCO (mg/L)

DBO5 (mg/L)

MES (mg/L)

<125 mg O2/L

<25 mg O2/L

<35 mg/L

Les stations d'épuration dont les capacités sont inférieures à 10000 EH, selon la législation en vigueur, ne doivent pas traiter l'azote et le phosphore présents dans les eaux usées. Les lagunes sont des systèmes d'épuration moins coûteux et plus économique au niveau entretien, mais demandent plus de surface d'exploitation.

2) Fonctionnement La station de lagunage de Maffle compte au total deux lagunes ; une lagune aérée (dont une partie de l'oxygène est fourni par des diffuseurs) divisée en deux parties (profondeur : 2,5m, volume total : 7000m³) et une lagune de maturation/finition. Les eaux usées arrivant à la station sont tout d’abord soumises dans la première lagune à un prétraitement. Les eaux passent par un dégrilleur qui va retenir les déchets grossiers et va ainsi permettre de les éliminer. Les plus souvent, ces déchets sont incinérés à la centrale de Thumaide. Le pré-traitement comporte une deuxième étape, le déshuilage. Cette étape consiste à l’élimination des huiles et des graisses par un demi-cylindre métallique, la lame siphoïde. Les eaux usées séjournent dans la lagune aérée en général pendant une quinzaine de jours. Dans cette lagune on retrouve les micro-organismes nécessaires à l’élimination de la pollution organique. Les matières décantables se déposent au fond du bassin pour former les boues et elles subissent une digestion anaérobie. La nature et la quantité des espèces présentent dans cette lagune varient selon les caractéristiques du milieu : nature des effluents à traiter, charge organique, conditions climatiques, luminosité, profondeur d’eau de la lagune. On retrouve principalement des algues, bactéries, rotifères, daphnies,… L’oxygène est un des facteurs limitant pour les microorganismes. L’action du vent apporte une partie de cet oxygène en surface mais la taille de la lagune n’est pas suffisamment grande pour apporter tout l’oxygène nécessaire. C’est pourquoi, un système de diffuseurs d’oxygène est mis en place dans la lagune. La station de lagunage de Maffle n’a pas pour obligation d’éliminer l’azote et le phosphore présents dans les eaux usées. En règle générale, une partie de l’azote peut être éliminée par l’intermédiaire




de macrophytes (roseaux, typhas,…). Le faucardage permet ensuite l’exportation de l’azote (Pas pratiqué à Maffle). La lagune de finition (profondeur : 50 cm) sert principalement à l’élimination d’organismes pathogènes et à la clarification de l'eau. Les spores, les kystes et les œufs de pathogènes sont éliminés par la sédimentation et se retrouvent emprisonnés dans les boues. L’action des UV est également prépondérante dans l’élimination de ces pathogènes. Elle sert également à sédimenter les matières en suspension encore présentes après le passage de l’eau dans la lagune aérée.

III.

Station d'épuration de Ath

1) Caractéristiques Le tableau ci-dessous donne les informations concernant le bassin concerné par l'épuration et la zone de rejet des eaux usées épurées, ainsi que quelques chiffres de grandeur concernant la capacité et volume d'eaux traitées par la station. Capacité Bassin Versant Bassin versant de l'Escaut et sousbassin de la Dendre

Cours d'eau

La Dendre

EH (équivalenthabitant) 22.500 + 3000

Volume d'eaux traitées

Charge polluante traitée

m3/an

EH-DBO

1.453.791

8168

La station d'épuration de Ath est destinée à épurer les eaux usées urbaines et accessoirement de certains effluents industriels. Elle peut également recevoir les matières résiduelles des fosses septiques en vue de leur traitement. Le type de traitement qui y est utilisé est l’épuration par boues activées. Débits et quantités maximum d'admission de la station dépuration: Débit admis au dégrillage 975 m3/h Débit admis au traitement biologique 675 m3/h Charge journalière en DBO5 1350 kg Q18 625 m3 Normes de rejets des eaux épurées: DCO (mg/L)

DBO5 (mg/L)

MES (mg/L)

Ntot (mg/L)

Ptot (mg/L)

<125 mg O2/L

<25 mg O2/L

<35 mg/L

<15 mgN/L

<2 mgP/L

2) Fonctionnement Le débit d'eau dans la station est amené à l'aide de vis d'Archimède (225m3/h) vers la première étape: le dégrilleur en escalier. L'eau circule ensuite vers les autres étapes de l’épuration par gravité.




Détails des différentes étapes de l'épuration des eaux usées :  Dégrilleur en escalier : Il retient les déchets grossiers et plus fins (supérieur à 0,5cm) afin d'éviter de boucher les pompes et autres canalisations en aval. Les déchets retirés sont transportés vers un conteneur qui sera déchargé à Thumaide. Les déchets y sont incinérés.

 Dessableur - déshuileur: Son objectif est de permettre le dépôt d'une partie des particules par décantation et de faire remonter les graisses en suspension à la surface (injection de microbulles d'air auxquelles les graisses s'agglutinent et remontent à la surface du bassin). Une bonne partie des matières en suspension y sont décantées et éliminées. Problème actuel : de plus en plus de tensioactifs puissants présents (polyphosphates dans les produits de lessive etc) pour que l'eau mouille les graisses qui sont donc englobées avec l’eau. L’émulsion est alors difficile à séparer et les graisses difficiles à enlever.  Vanne de répartition --> 9/10 envoyé dans le bassin d'anoxie et 1/10 dans le sélecteur  Sélecteur - bassin aérobie C'est le bassin de sélection des bactéries nécessaires aux différents processus de dégradation de la matière organique. Elles y trouvent ce dont elles ont besoin (matière organique et oxygène) pour se développer (formation de floc) grâce à la l'injection de boue et un dixième de l'eau à épurer. La concentration en boue y est constante (7g/L) et son dépôt au fond du bassin est facile à récupérer. Le bassin aérobie permet l'élimination du carbone et la nitrification de l’ammoniac en nitrates puis en nitrites. NB: Bactéries Nitrifiantes Bactéries dénitrifiantes Anoxie Anaérobies

Autotrophes Hétérotrophes pas d'O2 mais présence des nitrates pas d'O2 ni de nitrates

 Bassin en anaérobie Le bassin en anaérobie est indispensable à l’élimination des phosphates de l’eau. En effet, le phosphore est éliminé par des bactéries aérobies mais après un séjour dans le bassin en anaérobie. En anaérobie, le métabolisme microbien consomme du carbone organique et relargue du PO43dissout. Ensuite, lorsque ces organismes sont en aérobie, ils se multiplient et absorbent du PO43dissout qu’ils utilisent comme réserve d’énergie. Il se forme alors des boues contenant le phosphore. Les bactéries absorbent plus de phosphates qu’elles n’en relarguent.  Bassin d'anoxie L'azote est éliminé dans ce bassin par le processus de dénitrification (les bactéries dénitrifiantes, hétérotrophes, transforment les nitrates en azote gazeux) des nitrates issus de la dégradation de l'ammonium dans le bassin en aérobie.




 Clarificateur Le clarificateur est le bassin de décantation secondaire. Son rôle est essentiellement de séparer le floc bactérien de l’eau et ce par gravitation, les boues déposant sur le fond. L’eau étant renvoyée vers le cours d’eau

 Traitement des boues Les boues sont récupérées du bassin d'aérobie parce que la concentration y est constante, et non du clarificateur où la concentration des boues varie fortement (de rien à 40g/L) On traite les boues récupérées en ajoutant 8kg matière active/Tonne pour les faire s'agglutiner. Ensuite, on les presse. L’eau issue du pressage des boues retourne au bassin d’aération. Les galettes obtenues sont envoyées à Thumaide où elles sont incinérées. Par ce traitement on passe d’une concentration de 7g/L de boue à 350g de boue/kg. Les boues compressées ne sont pas données aux agriculteurs parce qu’elles proviennent d’industries et de l’abattoir de Ath. Il y a donc des risques de contamination (prion).

IV.

Comparaison des 2 systèmes d’épuration Station de lagunage

Station d’épuration à boues activées

Fonctionnement simple

Fonctionnement plus compliqué

Epuration « passive »

Epuration « active »

Prévue pour un plus petit nombre d’équivalenthabitants (1.500)

Prévue pour un plus grand nombre d’équivalenthabitants (22.500)

Epuration lente

Epuration rapide

Grande surface comparativement à la quantité d’eau à épurer

Petite surface comparativement à la quantité d’eau à épurer

Epuration du carbone, pas de l’azote et du phosphore

Epuration carbone, azote, phosphore

Peu de travail d’entretien

Travail plus important

Intégration paysagère

Intégration moins harmonieuse

Consommation d’énergie moins importante

Consommation d’énergie plus importante

V.

Bibliographie

 Cours de Traitement des eaux, M. Delvoye, HEPHC, année académique 2012-2013  Notes au vol prises lors des visites des stations d'épuration de Maffle et Ath, le 8 mars 2013  Documents issus du site internet de l'Intercommunale de Propreté Public du Hainaut Occidental I.P.A.L.L.E. : http://www.ipalle.be/Leau/LeauenWallonie, page consultée le 14 mars 2013 :  I.P.A.L.L.E, Intercommunale de propreté publique, Rapport annuel 2011  I.P.A.L.L.E, Intercommunale de propreté publique, Stations d'épuration  I.P.A.L.L.E, Intercommunale de propreté publique, Plan d'assainissement Commune de Ath

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