Comment fonctionnent les usines de traitement des eaux usées ?

Le procédé de traitement des eaux usées municipales

Les trois principaux types d’usines de traitement des eaux usées sont la filtration biologique, le fossé de Pasveer (Pasveer ditch) et les boues activées.

Filtration biologique

Ce type de traitement des eaux usées utilise un énorme réservoir cylindrique ou une série de réservoirs qui ont des pièces en plastique ou des pierres. Les réservoirs sont arrosés avec les eaux usées tamisées via un bras rotatif mécanique qui se déplace sur la surface du lit. Le milieu doit être suffisamment ouvert pour permettre au liquide de le pénétrer et permettre un accès facile à l’air. Le lit supporte une fine couche de micro-organismes qui aident à décomposer les déchets organiques. L’effluent qui quitte le lit passe ensuite dans des bassins d’humus où les solides résiduels se rassemblent. Ces solides sont généralement éliminés périodiquement lors de l’élimination des boues. Le principal défi avec un système de filtration biologique est la difficulté de contrôler la variation des concentrations ainsi que les quantiles des eaux usées. Ce n’est donc pas le plus idéal pour les opérations à grande échelle.

Boues activées

Ce style de traitement des eaux usées municipales a été inventé en 1914 et est resté populaire à ce jour. Dans cette méthode, une culture de bactéries est développée dans un grand réservoir ainsi que sur les voies qui contiennent des eaux usées décantées. L’oxygène, soit sous forme d’air, soit sous forme d’oxygène pur, est ensuite introduit mécaniquement dans les eaux usées. Cela contribue à améliorer le processus d’oxydation. L’oxygène est fourni par deux méthodes principales;

Aération mécanique : Cela implique l’utilisation d’agitateurs à la surface du réservoir. Habituellement, le taux d’aération est contrôlé en faisant varier la profondeur d’immersion de l’agitateur.

Diffusion de l’air : La diffusion de l’air se produit lorsque des tuyaux perforés appelés diffuseurs sont placés à la base du réservoir. L’air est pompé via les diffuseurs, produisant ainsi de petites bulles efficaces pour l’oxydation. Le taux d’oxydation peut être contrôlé en augmentant ou en diminuant la vitesse des compresseurs.

Le fossé de Pasveer (Pasveer ditch)

Ce n’est pas très courant dans la plupart des régions du monde, mais il est très populaire en Europe continentale. Ce système est constitué d’un canal de forme ovale de 2 à 3 mètres de profondeur qui sert à acheminer les eaux usées après avoir subi un traitement primaire. Les eaux usées sont ensuite aérées et mises en circulation dans un fossé à l’aide de rotateurs qui sont montés à différents endroits sur tout le fossé. La vitesse de rotation sera déterminée par la demande en oxygène des eaux usées.
Les usines de traitement des eaux usées adhèrent généralement à quatre étapes de traitement

à savoir :

• Traitement primaire
• Traitement secondaire
• Traitement tertiaire
• Traitement des boues.

Examinons chacun de ces éléments plus en détail.

Traitement primaire dans les usines de traitement des eaux usées

Le traitement primaire aide à éliminer les gros solides comme le limon et le gravier de route. Il s’agit généralement de la première étape afin d’éviter le blocage et l’endommagement des vannes, pompes, canaux, orifices et autres composants du système. Les eaux usées sont tout d’abord transportées dans un décanteur, également appelé unité dessablage, après quoi elles passent par un tamisage afin d’éliminer les grosses matières organiques. Cela commence par des tamis grossiers constitués de barres espacées de 6 mm, puis suivis par des tamis plus fins et des filtres à tambour. Le criblage est parfois combiné avec la macération, qui est le déchiquetage des eaux usées brutes, puis suivi d’un processus de concassage des solides en minuscules particules. Les eaux usées filtrées sont ensuite passées dans un bassin de sédimentation pour décanter la plupart des matières en suspension. Les solides dissous et colloïdaux ne sont cependant pas éliminés, car ils nécessitent un traitement supplémentaire qui se produit généralement au stade secondaire.

Traitement secondaire dans les usines de traitement des eaux usées

Les déchets d’égouts sont constitués de déchets toxiques, organiques et inorganiques. Les déchets organiques sont généralement décomposés par des processus biologiques. Cela implique la fabrication de cultures et d’autres micro-organismes qui se multiplient continuellement dans les bonnes conditions et se nourrissent de déchets organiques et contribuent également à la décomposition de certains produits chimiques. Par exemple, lorsque l’ammoniac est oxydé, il est converti en composés azotés comme le nitrate. Ceci est généralement appelé nitrification. Les déchets inorganiques peuvent dans une faible mesure être traités biologiquement, mais pour la plupart, ils auront besoin d’un traitement chimique. Si l’étape secondaire est effectuée correctement, le résultat sera des eaux usées traitées qui ont très peu de toxicité.
La croissance de la population microbienne est facilitée par les nutriments fournis par les eaux usées brutes. Mais en plus des nutriments, la bonne température, le pH ainsi que l’oxygène dissous doivent également être en place pour que l’environnement soit optimal pour la croissance des bactéries. En moyenne, l’environnement le plus idéal devrait être d’environ 25 à 32 degrés Celsius, 5,5 à 9,5 pH et 2 mgl d’OD.

Traitement tertiaire

Une fois que les eaux usées ont subi le traitement secondaire, elles sont ensuite transférées pour une filtration finale avant d’être finalement rejetées dans l’environnement. Ceci est appelé la phase de traitement tertiaire et il a généralement lieu dans le clarificateur ou le décanteur. Ce décanteur est un peu similaire à celui qui est utilisé pour le traitement primaire sauf qu’il est généralement suivi d’un filtre de polissage. À ce stade, les bactéries, les virus et les parasites nuisibles sont également éliminés de l’eau. Du chlore est généralement introduit afin d’éliminer les micro-organismes nocifs de l’eau avant qu’elle ne soit recyclée ou rejetée dans l’environnement.

Traitement des boues

Une usine de traitement des boues reçoit périodiquement des solides qui ont été récupérés dans des tamis, des pièges à sable, des boues excédentaires et des décanteurs. Dans les anciennes stations d’épuration, les boues sont transférées vers d’immenses étendues d’eau où l’eau s’évapore lentement et retourne ainsi au cycle de l’eau. Les solides qui restent sont ensuite brûlés, enterrés ou vendus comme engrais. Les installations modernes de traitement des boues utilisent la déshydratation des boues qui est réalisée en utilisant des filtres avant de passer les boues aux digesteurs. Les bactéries anaérobies se développent dans ces digesteurs dans les bonnes conditions et contribuent à la décomposition des boues. Le méthane est l’un des principaux sous-produits de ce processus. Ce méthane peut être utilisé pour produire de l’électricité pour une utilisation sur le site.
Dans les stations de traitement des boues complexes, l’étape d’oxydation des boues est précédée d’étapes de réduction des nitrates et des phosphates. La réduction des phosphates est effectuée pour réduire les phosphates dans l’effluent final. Il est généralement réalisé par l’ajout de sulfate ferrique aux eaux usées, ce qui oblige les phosphates à coaguler avec du fer. Il permet également de former une boue qui peut facilement être acheminée vers le centre de traitement des boues. Certaines usines peuvent également ajouter l’élimination des nitrates juste avant l’étape d’oxydation.

Conclusion

Les stations d’épuration municipales permettent à la plupart des citadins d’avoir l’eau courante dans leurs maisons sans avoir à se soucier de leurs eaux usées. Les eaux usées de la cuisine et de la salle de bain quittent la maison et sont introduites dans l’usine où elles sont traitées pour éliminer les substances toxiques et les agents pathogènes avant d’être rejetées en toute sécurité dans l’environnement. Cela contribue donc à maintenir le cycle de l’eau.