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Les défis du traitement des eaux usées dans le monde

  • Catégorie: AutresDernière mise à jour: 18 mai 2021

Selon un récent rapport sur le traitement des eaux usées publié par l’ONU, le monde gaspille ses eaux usées. Cela est particulièrement vrai dans les pays sous-développés et en développement où moins de 8% des eaux usées sont traitées. Les eaux usées non traitées et les eaux usées mal traitées des industries continuent d’appauvrir la qualité de l’eau dans le monde et le plus grand défi à l’heure actuelle est de savoir comment utiliser les eaux usées comme une solution plutôt que comme un problème.

Les eaux usées peuvent être considérées comme une source alternative d’eau, mais cela doit commencer par la manière dont les eaux usées sont collectées, traitées et éliminées. Les eaux usées contiennent généralement plusieurs polluants et contaminants. Ceux-ci incluent :

  • Métaux lourds (par exemple cuivre, cadmium, nickel, chrome, zinc et plomb)
  • Agents pathogènes (p. Ex. Virus, bactéries, helminthes et protozoaires)
  • Nutriments végétaux (par exemple azote, potassium et phosphore)
  • Polluants organiques (p. Ex. Pesticides, biphényles polychlorés, matières organiques biodégradables et polyaromatiques)
  • Micropolluants (p. Ex. Cosmétiques, médicaments et agents de nettoyage)

Tous ces contaminants et polluants ci-dessus peuvent entraîner des problèmes au niveau de l’environnement et de la santé qui auront finalement aussi des répercussions économiques sur la société.

Lorsque les plans d’eau sont nourris avec des quantités excessives de nutriments, en particulier de phosphates et de nitrates, les nutriments stimulent la croissance excessive des plantes (par exemple la prolifération d’algues). Ce phénomène est appelé eutrophisation. Cela peut entraîner un épuisement de l’oxygène, une diminution de la biodiversité et un changement dans la dominance et la composition des espèces. Tous ces facteurs peuvent entraîner une baisse de la qualité de l’eau. L’ONU estime que l’eutrophisation a réduit la qualité de l’eau des rivières, des zones humides et des lacs d’au moins un tiers dans le monde. Les régions les plus touchées sont l’Europe, la Chine, l’Asie du Sud, le Japon et l’Afrique australe. À mesure que le flux de nutriments provenant de l’agriculture augmente, ce problème s’aggravera.

Systèmes d’égouts

Il existe deux grandes catégories de systèmes d’égouts; conventionnel / combiné et les systèmes séparés. Dans un système combiné, les eaux de ruissellement et les eaux usées sont acheminées dans un seul tuyau. Pour les systèmes séparés, différents tuyaux sont utilisés pour transporter les eaux usées et de ruissellement. Les systèmes séparés sont plus efficaces pour gérer les eaux usées tant qu’ils sont correctement installés et bien entretenus.

La plupart des réseaux d’égouts des pays en développement ont été construits en tant que systèmes séparés, grâce aux enseignements tirés des pays industrialisés. Malheureusement, ces systèmes n’ont pas été très bien entretenus dans la plupart des pays. Dans certains cas, les systèmes sont désormais submergés par la croissance démographique ou l’étalement des infrastructures imperméables qui sont une caractéristique des agglomérations urbaines. En raison de cette complication et d’autres, certains des systèmes séparés finissent par interconnecter les canalisations d’égout et de ruissellement de surface. L’essence d’un système séparé est de ne traiter que les eaux usées, mais lorsque les eaux usées se mélangent à l’eau de ruissellement, elles peuvent être rejetées dans le cycle de l’eau avant d’être traitées. Une recherche a été menée à Shanghai pour tenter de déterminer le niveau de ce type de pollution et on a déduit qu’il n’y avait aucun avantage à utiliser un système séparé. Le problème principal était les interconnexions illégales qui ne manqueront pas de se produire avec le temps.

Un système de collecte efficace joue un rôle essentiel dans une bonne gestion des eaux usées. Certains pays n’ont pas de bons centres de traitement hors site et certains en ont installé, mais ils n’ont pas fait un très bon travail pour les maintenir. Il y a plusieurs raisons pour lesquelles cela se produit, mais les principales sont celles-ci :

  • Ne pas planifier correctement les réseaux de collecte.
  • Les réseaux sont vieux et en décomposition.
  • Ne pas installer correctement les systèmes.
  • Les dimensions des systèmes installés étaient erronées.
  • Les systèmes n’ont pas suffisamment de résistance pour faire face aux tempêtes et autres problèmes connexes.
  • La maintenance est inadéquate et le fonctionnement est défectueux.
  • Il y a une absence d’un cadre réglementaire solide.

Dans les situations où les réseaux d’égouts sont inefficaces, il n’est pas possible de quantifier avec précision le niveau d’eaux usées rejetées dans l’environnement. Les vieilles infrastructures qui se trouvent en état de décomposition aggravent le problème, car lorsque les tuyaux se brisent, ils permettent l’infiltration d’eau dans les tuyaux d’égout et le rejet des eaux usées dans les eaux souterraines. Cela entraîne la contamination de l’approvisionnement en eau potable. De plus, la présence d’un système d’assainissement, même s’il est très efficace, ne signifie pas nécessairement qu’il y aura une évacuation sans pollution des eaux usées. En effet, les eaux usées peuvent parfois être éliminées avant d’être traitées. Par exemple, au moins 40% des usines de traitement des eaux usées en Inde se sont avérées non conformes aux normes opérationnelles attendues de ces installations.

Systèmes sur place

De nombreuses personnes comptent sur des systèmes sur place pour leur assainissement. Dans les pays en développement et sous-développés, certains utilisent encore des installations non améliorées comme les latrines bien que l’adoption des installations septiques soit en augmentation. Dans les milieux ruraux, les latrines sont utilisées sans qu’il soit nécessaire de les vider, car l’effluent s’infiltrera lentement dans le sol et une fois pleins, ils pourront simplement être remplis et abandonnés et un autre déterré. Cependant, le risque de contamination des eaux souterraines est généralement assez élevé. Si ces systèmes sur place ne sont pas gérés correctement, les boues fécales peuvent s’accumuler et éventuellement déborder dans les égouts pluviaux. Pour les systèmes sur site, la collecte et le traitement des eaux usées sont sans doute le maillon le plus faible. On estime qu’au moins 2,4 milliards de personnes utilisent des systèmes sur site qui génèrent des boues fécales qui ne sont pas traitées. Certains des problèmes courants avec les systèmes sur place incluent:

  • Dans certains cas, les systèmes de confinement sont mal construits ou construits dans des zones difficiles d’accès, ce qui rend leur vidange difficile.
  • Certaines entreprises de vidange privées déversent illégalement les eaux usées dans les cours d’eau et les sites d’enfouissement.
  • Dans la plupart des villes, les municipalités n’offrent pas de services de pompage et de transport. Ceux-ci sont généralement fournis par le secteur privé.
  • Le manque d’installations de traitement des boues est un autre défi.

Il existe également une fausse croyance selon laquelle les systèmes d’eaux usées sur place ne sont que des installations de rétention temporaires avant que les eaux usées ne soient pompées et acheminées vers un système d’égouts hors site pour un traitement approprié. Cette notion incite les utilisateurs à ne pas prendre au sérieux le traitement des eaux usées, car ils supposent que ce n’est pas le but d’un système sur place.

Les défis du traitement des eaux usées

Les eaux usées domestiques, si elles ne sont pas traitées correctement, peuvent avoir des concentrations élevées d’agents pathogènes. Cela pose un problème de santé, car les maladies transmissibles pourraient se propager assez facilement. L’exposition à des eaux usées non traitées ou à de l’eau potable contaminée ne causera pas seulement des maladies, mais peut en fait entraîner la mort. Environ 1,45 million de personnes meurent chaque année de la diarrhée. Au moins 50% de ces cas sont dus à un mauvais assainissement. Les eaux usées domestiques sont constituées d’eaux noires et d’eaux grises. Les eaux usées contiennent des excréments, des boues fécales et de l’urine, tandis que les eaux grises sont constituées d’eaux en provenance de cuisines et de salles de bain. À l’heure actuelle, près de la moitié de la population mondiale n’a pas de moyen approprié de se débarrasser des eaux grises et des eaux noires.

Maladies causées par l’eau contaminée

L’un des plus grands défis du traitement des eaux usées est l’ensemble des maladies causées par les agents pathogènes que l’on retrouve dans les eaux usées. Lorsque les eaux usées ne sont pas traitées correctement, ces agents pathogènes finissent par contaminer les eaux de surface et souterraines et cette eau potable polluée peut entraîner plusieurs maladies. Les tableaux suivants énumèrent certains des agents pathogènes que l’on retrouve couramment dans les eaux usées et les maladies qu’ils sont qu’ils peuvent engendrer.

Tableau 1: maladies causées par des bactéries présentes dans les eaux usées

Les bactériesMaladie
Campylobacter jejuniGastro-entérite
Escherichia coliGastro-entérite
E. Coli 0157: H7Diarrhée à pression sanguine, syndrome hémolytique et urémique
Helicobacter pyloriUlcères peptiques, douleurs abdominales, cancer gastrique
Salmonella spp.Diarrhée, salmonellose, gastro-entérite
Salmonella typhiLa fièvre typhoïde
Shigella spp.Dysenterie
Vibrio choleraeCholéra

Tableau 2: maladies causées par les helminthes trouvés dans les eaux usées

HelminthesMaladie
Ascaris lumbricoides (ascaris)Ascaridiose
Ancylostoma duodénale (ankylostome)Ankylostome
Clonorchis Sinensis (douve du foie)La fasciolose
Fasciola (douve du foie)La fasciolose
Opisthorchis viverriniOpisthorchiase
Schistosome (douve du sang)Schistosomiase (bilharziose)
Trichuris (trichocéphale)Trichuriasis
Taenia (ténia)Taeniasis

Tableau 3: maladies causées par les protozoaires trouvés dans les eaux usées

ProtozoairesMaladie
Balantidium coliBalantidiase (dysenterie)
Cyptosporidium parvumCryptosporidiose
Cyclospora cayetanensisDiarrhée persistante
Entamoeba histolyticaAmibiase (dysenterie amibienne)
Giardia lambliaGiardiase

Tableau 4: maladies causées par des virus trouvés dans les eaux usées

VirusMaladie
AdénovirusInfection oculaires, maladies respiratoires
AstrovirusGastro-entérite
Calicivirus Gastro-entérite
Coronavirus Gastro-entérite
Entérovirus Gastro-entérite
Virus CoxsackieMéningite aseptique, herpangine, fièvre, maladie respiratoire, maladie cardiaque et rénale
ÉchovirusFièvre, maladies respiratoires et cardiaques, méningite aseptique, éruption cutanée
PoliovirusParalysie, méningite aseptique
Hépatite A et EHépatite infectieuse
ParvovirusGastro-entérite
NorovirusGastro-entérite
Rotavirus Gastro-entérite

Les défis des eaux usées agricoles

L’agriculture joue un rôle énorme dans la pollution de l’eau. Certains des principaux problèmes liés aux eaux usées agricoles comprennent :

  • Ruissellement des sédiments – Le ruissellement des sédiments provoque un envasement et augmente également le risque d’inondation.
  • Ruissellement des éléments nutritifs – Le phosphore et l’azote sont les principaux polluants du ruissellement agricole. Ils sont généralement appliqués sur les terres agricoles au moyen d’engrais, de fumier animal ou d’eaux usées municipales. Si aucune précaution n’est prise, ces nutriments peuvent mener à l’eutrophisation dans les eaux réceptrices.
  • Ruissellement microbien – Cela provient du bétail ou de l’utilisation d’excréments comme engrais.
  • Ruissellement chimique – Le ruissellement chimique provient d’herbicides, de pesticides ou de tout autre produit agrochimique qui pourrait entraîner la contamination des eaux souterraines et de surface. Les résidus de médicaments vétérinaires peuvent également entraîner une pollution.

Le plus grand défi de la pollution agricole est qu’il est difficile de la quantifier, car elle n’est pas rarement contrôlée directement. Il est cependant clair que l’agriculture joue un rôle majeur dans le problème de la charge en azote. Par exemple, une étude a établi que l’agriculture était la principale source de pollution des sources d’eau et la deuxième source de dégradation des zones humides aux États-Unis.

Les défis de l’élimination des boues

Il existe trois principales stratégies d’élimination finale des boues. Ceux-ci sont:

  • Élimination des boues sur terre (site d’enfouissement de boues ou décharges)
  • Élimination dans l’océan
  • Élimination dans l’air (par incinération)

Le rejet en mer est désormais interdit dans la plupart des pays en raison de la pollution qu’il occasionnait. En outre, le dépôt de boues dans les décharges est également en voie d’être éradiqué dans la plupart des pays. Lorsque les boues sont incinérées, les cendres d’incinération doivent être traitées comme des déchets et ce n’est donc pas une méthode d’élimination viable. Ainsi, le recyclage semble être la seule solution viable à long terme au problème de l’élimination des boues. Au fur et à mesure que les effets de la pollution deviennent plus réels, il y a de fortes chances que l’élimination des boues finisse par être progressivement supprimée. L’utilisation de boues sur terre pour l’agriculture soulève également des inquiétudes quant aux effets à long terme sur la santé. Il est donc nécessaire de s’assurer que les boues passent par certaines étapes de traitement obligatoires pour les rendre sûres pour leur recyclage.

En raison des craintes d’une éventuelle contamination des aliments, les sols biologiques fabriqués à partir de boues peuvent être utilisés dans les espaces verts où la nourriture n’est pas produite. Il s’agit notamment des terrains de sport, des terrains de golf, des remblais routiers et des parcs. Néanmoins, les mêmes directives utilisées pour la production de boues destinées à l’utilisation des terres agricoles doivent toujours être respectées lors de la réalisation de sols biologiques pour les espaces verts. L’utilisation la plus courante des boues est leur application sur la terre comme conditionneur de sol ou engrais. Les boues traitées pourraient également être utilisées indirectement sur les terres après leur utilisation comme ingrédient dans la fabrication de sols biologiques. Les boues pourraient également être recyclées dans une stratégie de production. La production des boues est le processus par lequel les boues sont mélangées avec d’autres matériaux, puis transformées en produits pouvant être vendus sur le marché. Des exemples de ces produits comprennent les sols biologiques, l’énergie, les nutriments et les métaux.

Les défis énergétiques

Les exploitants d’installations de gestion des eaux usées doivent faire face à une demande croissante de normes environnementales strictes tout en essayant de réduire leurs coûts d’exploitation. Cet équilibre délicat introduit un tout nouvel ensemble de défis et l’efficacité énergétique est la plus grande préoccupation. Lorsqu’il y a des opérations de gestion des eaux usées inefficaces, on se retrouve avec une consommation d’énergie excessive. Outre l’augmentation des coûts d’exploitation, cela conduit également à l’émission de gaz à effet de serre liés à la production d’électricité. Les émissions de dioxyde de carbone partout dans le monde ont augmenté d’au moins 50% depuis 1990 et la plupart des gouvernements font maintenant pression sur les municipalités pour s’assurer qu’elles jouent leur rôle dans la réduction des émissions.

L’énergie est l’une des dépenses les plus importantes de la gestion des eaux usées. En fait, on estime qu’un pays développé consacre 2 à 3% de son énergie électrique à la gestion des eaux usées. L’investissement dans des technologies à haut rendement peut contribuer à réduire ces coûts en augmentant l’efficacité énergétique. Cette mise en œuvre peut se faire à un coût presque neutre et pourtant elle peut contribuer à réduire considérablement les émissions, ce qui est comparable au retrait de 11,4 millions d’automobiles sur la route. Outre le cadre réglementaire, la réduction des coûts énergétiques est une priorité absolue pour les gestionnaires de déchets. L’énergie est généralement consommée dès le stade primaire jusqu’à la digestion des boues. Les coûts énergétiques absorbent donc une part importante des coûts opérationnels. Et comme les coûts énergétiques devraient continuer d’augmenter au cours de la prochaine décennie, chaque plan de traitement des eaux usées doit commencer à penser à des technologies de traitement des eaux usées à haut rendement pour réduire les coûts d’exploitation.

Pour faire face à ce défi, il existe un intérêt croissant pour l’utilisation du biogaz qui peut être généré à partir de déchets. Mais plus important encore, les installations de traitement des eaux usées doivent adopter des solutions avancées de traitement des eaux usées qui réduiront considérablement l’énergie nécessaire. Les technologies intelligentes de gestion des eaux usées transformeront l’industrie en réduisant les interventions humaines tout en fournissant des solutions énergétiques fiables et efficaces. Des exemples de telles technologies comprennent ce qui suit :

  • Pompes intelligentes – Elles augmentent l’efficacité opérationnelle.
  • Mélangeurs submersibles à basse vitesse – Ils ont un contrôle de vitesse intégré, ce qui signifie qu’ils n’utilisent de l’énergie qu’en fonction des besoins. Ils s’adaptent rapidement aux fluctuations des besoins opérationnels pour maintenir la consommation d’énergie au strict minimum
  • Logiciel de lutte biologique intégré – Des logiciels et des systèmes matériels personnalisables peuvent également être utilisés avec les technologies existantes pour améliorer l’efficacité. Par exemple, un optimiseur de performance de processus aidera l’opérateur à être toujours au courant des conditions du processus de traitement en temps réel.

Les processus d’automatisation tels que ceux décrits ci-dessus dans les usines de traitement aideront non seulement les exploitants de l’usine à obtenir une eau traitée de meilleure qualité, mais ils le seront plus efficacement. Les technologies automatisées intègrent l’autodiagnostic, ce qui facilite également le diagnostic et la maintenance.

Conclusion

Le traitement et la gestion des eaux usées sont confrontés à de nombreux défis, mais la plus grande préoccupation est l’impact que les eaux usées auront sur les écosystèmes du monde. Lorsque les eaux usées ne sont pas traitées correctement, les agents pathogènes entreront en contact avec l’eau potable, ce qui peut finalement entraîner la propagation de maladies transmissibles d’origine hydrique. Il incombe donc à chaque gouvernement ainsi qu’à chaque individu de jouer son rôle pour rendre le traitement des eaux usées plus efficace et efficient.

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