Le traitement biologique : grandeurs caractéristiques » Charge organique = » Cultures libres : charge massique en kg DBO5/kg MVS.jour » Cultures fixées:

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1 Le traitement biologique : grandeurs caractéristiques » Charge organique = » Cultures libres : charge massique en kg DBO5/kg MVS.jour » Cultures fixées: charge volumique en kg DBO5/m3.jour » Charge hydraulique (séparation liquide/solide) » Temps de séjour: Ts = Q/V en h » Vitesse ascensionnelle: V = Q/S en m/h

2 Cultures fixées : Le Lit Bactérien Principe : Ruissellement vertical de l'effluent à travers un matériau poreux qui sert de support aux bactéries épuratrices Conception : » Décantation primaire (éviter colmatage du matériau) » Matériau : pouzzolane (roche volcanique), liège ou matériau plastique alvéolé » Alternance alimentation/repos du matériau => arrosage par chasse et sprinkler (= tourniquet) » Aération du matériau » Volume : 5 à 10 EH/m 3 » Hauteur : 1 à 4 m

3 Les lits bactériens

4 Variantes : » Hauteur plus importante avec clarification avec ou sans recirculation des boues » Recirculation eau traitée en tête de lit » Combinaison de filières (lagunage, filtration...) ou addition de lits en série (Royaume Uni) Coût (filière type 1000 EH) » Investissement: 178 €/EH » Exploitation: 7 €/EH/an Performances possibles : » DBO5 < 35 mg/l » DCO < 125 mg/l » MES < 30 mg/l » NGL 50%

5 Les lits bactériens AvantagesInconvénients – Dépense énergétique nulle à faible (pompage) – Entretien simple mais régulier – Boues bien épaissies grâce au décanteur-digesteur – Sensibilité au colmatage (sprinkler) – Sensibilité au froid – Nécessité prétraitements et décantation primaire efficaces – Risque de pullulation d'insectes – Abattement limité de l'azote Domaine conseillé d’application : 300 EH à 2000 EH

6 Cultures fixées : Les disques biologiques Principe : Passage de l’effluent à travers des disques poreux Conception : » Décantation primaire » Charge organique: 7 à 9 gDBO5/m²/j » Matériau plastique léger et poreux (polystyrène) » Aération => rotation des disques (1 à 3 tr/mn) » Clarificateur

7 Cultures fixées : Les disques biologiques Coût (filière type 1000 EH) » Investissement: 216 €/EH » Exploitation: 7 €/EH/an Performances possibles DBO5 < 35 mg/lMES < 30 mg/l DCO < 125 mg/lNGL 25%

8 Les disques biologiques AvantagesInconvénients – Consommation énergétique modérée (1 kWh/kg DBO5 éliminé) – Boues bien épaissies grâce au décanteur-digesteur – Sensibilité au intempéries (couverture des disques obligatoire) – Nécessité prétraitements et décantation primaire efficaces – Abattement limité de l'azote – Compétences nécessaire en électromécanique Domaine conseillé d’application : 300 EH à 2800 EH

9 Cultures fixées sur support fin Principe : Infiltration verticale à travers matériau de faible granulométrie servant de support pour les bactéries épuratrices Conception : » Faible granulométrie + dépôts en surface + saturation en eau des couches superficielles => diffusion difficile de l'oxygène => nécessité alternance phases alimentation/repos (repos = 2*alimentation) => nécessité plusieurs massifs filtrants en parallèle » Répartition homogène de l'effluent à la surface des filtres + diffusion difficile de l'oxygène => alimentation par bâchées » Accessibilité du massif filtrant pour entretien (maîtrise des phénomènes de colmatage) » Nature du matériau: rapporté (sable, gravier...) ou sol en place

10 Conception (suite) : » Mode de rejet : eau superficielle => ouvrages étanchés et drainés infiltration dans le sol => études pédologiques, géologiques et hydrogéologiques à réaliser (à vérifier : protection des nappes, remontées des nappes...) » Capacités limitées au plan hydraulique => Adaptés à réseaux séparatifs (si unitaire => surverse en surface des filtres pour éviter anaérobiose) Performances possibles : » DBO5 < 25 mg/l » DCO < 90 mg/l » MES < 30 mg/l » Ntk < 10 mg/ » Pt : rendement faible Classification des procédés (CEMAGREF) Cultures fixées sur support fin

11 Différents procédés de cultures fixées

12 Les filtres à sables Données spécifiques: » décantation préalable » alimentation: goulotte centrale à débordement ou sprinkler » utilisation possible en traitement complémentaire Coût (filière type 1000 EH) » Investissement: 186 €/EH » Exploitation: 6 €/EH/an

13 Les filtres à sables AvantagesInconvénients – Procédé simple – Donne de bonnes performances épuratoires – Exploitation simple et rapide mais régulière – Nécessité décantation primaire efficace – Scarification voire enlèvement des dépôts périodiquement – Adaptation limitée aux surcharges hydrauliques Domaine d'application conseillé : 200 EH à 1100 EH

14 Les filtres plantés de roseaux Données spécifiques: » Pas de décantation préalable » 2 étages de filtres » Roseaux évitant colmatage » Réduction en masse des boues de 65% » Accroissement en hauteur des dépots: 1,5 cm/an Coût (filière type 1000 EH): » Investissement: 191 € » Exploitation: 5 €/EH/an

15 Les filtres plantés de roseaux AvantagesInconvénients – Pas de décantation préalable – Gestion des boues réduite au minimum – Exploitation simple, rapide mais régulière – Faucardage annuel de la partie aérienne des roseaux Domaine d'application conseillé : 50 EH à 1200 EH

16 Cultures libres : les boues activées Objectif : Intensifier le phénomène d’autoépuration Principe : Développement d'un floc bactérien en brassant suffisamment pour éviter décantation des flocs et en fournissant l'oxygène nécessaire à la prolifération microbienne

17 Conception : » Choix de la classe de charge organique en tenant compte de » la production spécifique de boues » croissance bactérienne » auto-oxydation des bactéries » la consommation d'oxygène » oxydation directe de la matière organique 0,6 kgO2/kgDBO5 » oxydation indirecte 0,1 à 0,9 kgO2/kgDBO5 selon âge de boue » oxydation de l'ammoniaque (nitrification) 0,9 kgO2/kgDBO5 » du volume des ouvrages Cultures libres : les boues activées

18 Aération + brassage : » Aérateurs de surface » Injecteurs d'air » Pompes » Oxygène pur Clarification (décantation secondaire) : séparation eau épurée/boues » Simple (idem décanteur primaire) » Raclé » Avec succion Recirculation : maintien de la biomasse minimum nécessaire dans le bassin d'aération, par pompage et renvoi en tête de station recommandé : 100% du débit entrant Extraction des boues en excès: à partir du circuit de recirculation Cultures libres : les boues activées

19 Coût (filière type 1000 EH) : » investissement : 227 €/EH » exploitation : 11 €/EH/an Performances possibles : DBO5 80% Pt 20% AvantagesInconvénients – Filière performante sur tous les paramètres – Coûts d'investissement et d'exploitation élevés – Exploitation par personnel qualifié Domaine d'application conseillé : 1000 EH à … Cultures libres : les boues activées

20 Cultures libres : le lagunage naturel Principe : Présence équilibrée de bactéries aérobies et d'algues. Oxygène nécessaire aux bactéries est fourni par la photosynthèse.

21 Conception : » Dimensionnement : 11 m²/EH sur 3 bassins » 1er: 6 m²/EH abattement de la pollution carbonée, développement algues microscopiques » 2ème: 2,5 m²/EH abattement de N et P, réduction concentration en algues » 3ème: 2,5 m²/EH finition du traitement » Profondeur : environ 1m (pénétration de lumière suffisante) » Étanchéité : imperméabilité naturelle du sol ou imperméabilisation (compactage, traitement des sols ou géomembrane) » Forme des bassins : absence de zones anguleuses (=> zones mortes), 1er bassin : L/l <3 » Uniquement effluents domestiques, réseau unitaire recommandé Cultures libres : le lagunage naturel

22 Coût (filière type 1000 EH) : » Investissement : 117 €/EH » Exploitation : 5 €/EH/an (hors curages et lutte contre lentilles d'eau) Performances possibles : » DBO5: présence d'algues => perte de sens du paramètre » DCO < 125 mg/l » MES < 150 mg/l » NGL 70% » Pt 60% Domaine conseillé : 200 EH à 1500 EH Cultures libres : le lagunage naturel

23 AvantagesInconvénients – Facilité d'exploitation – Bons rendements sur N et P – Bonne élimination des germes pathogènes en été – Adaptation aux fortes variations de charge hydraulique (effet tampon des bassins) – Consommation énergétique nulle si terrain propice – Génie civil rudimentaire – Emprise au sol importante – Natures du sol et sous-sol déterminantes – Élimination moyenne de la pollution organique – Qualité du rejet variable selon les saisons – Forte sensibilité aux effluents concentrés/septiques – Contraintes ponctuelles lourdes: curage – Maîtrise limitée des processus épuratoires Cultures libres : le lagunage naturel

24 Cultures libres : le lagunage aéré Principe : Assimilable à boues activées en aération prolongée, sans recirculation

25 Conception : » Dimensionnement : 4 m²/EH dont » Aération : 3 m²/EH » Décantation : 0,6 à 1 m²/EH » Aération (2 kgO2/kg DBO5) + brassage » Profondeur » En aération 2 à 3,5 » En décantation 1 m » Lagune d'aération de forme simple » Lagune de décantation rectangulaire (L/l entre 2 et 3) » Étanchéité: imperméabilité naturelle du sol ou imperméabilisation (compactage, traitement des sols ou géomembrane) Coût (filière type 1000 EH) »Investissement: 127 €/EH »Exploitation: 6€/EH/an Cultures libres : le lagunage aéré Performances possibles »DBO5 = 35 mg/l »N et P: 25-30%

26 AvantagesInconvénients – Tolérant à variations de charges importantes, effluents très concentrés, arrivée occasionnelle de produits toxiques – Curage des boues tous les 2 ans – Génie civil rudimentaire – Emprise au sol importante – Natures du sol et sous-sol déterminantes – Qualité de rejet moyenne sur tous les paramètres – Entretien des moteurs => pesonnel qualifié – Nuisances sonores – Forte consommation énergétique Domaine conseillé : 400 EH à 2000 EH Cultures libres : le lagunage aéré

27 Comparatif des filières Emprise foncière

28 Données 1996, étude FNDAE n°22 « filières d'épuration adaptées aux petites collectivités Comparatif des filières Coûts sur 20 ans (filière type 1000 EH)

29 Traitement de la pollution azotée » Eau brute : 70 mg/l » Objectifs UE : 10 à 15 mg/l ou 70% » Par voie physico-chimique (choration, électrodialyse, résines échangeuses d'ions, strippage de l'ammoniaque): faibles rendements et coûts prohibitifs » Par voie biologique : solution la plus compétitive

30 Traitement de la pollution azotée Mécanisme d'élimination (3 réactions) » Assimilation : utilisation par la synthèse bactérienne » Nitrification : transformation en nitrates » Par bactéries autotrophes (nitrosomas et nitrobacter) » Réacteur biologique en faible charge organique (car taux de croissance faible des bactéries nitrifiantes) » Teneur en oxygène élevée (2 à 3 mg/l) car besoins importants : 4,25 mg O2/mg NH4 » Entraine acidification du milieu (par consommation bicarbonates) » Dénitrification : transformation en azote gazeux » Bactéries anaérobies => concentration O2 < 0,5 mg/l » Relargage O2 : 2,8 mg O2/mg NO3 » Alcalinisation du milieu (relargage bicarbonates)

31 Traitement de la pollution azotée Traitements assurant une nitrification : » Boues activées en aération prolongée (faible charge) » Lits bactériens faible charge » Disques biologiques (charge < 15 g DBO5/m²/j) Traitement assurant nitri/dénitrification : boues activées avec bassin d'anoxie » Bassin brassé et non aéré » Réduction demande en oxygène dans le bassin d'aération (relargage d'O2 par les nitrates) » Ouvrages 2 fois plus grands que pour traitement de la pollution carbonée » Augmentation 10% de la consommation d'énergie

32 Traitement de la pollution phosphorée » Eau brute : 15 mg/l » Objectif Union Européenne : 1 à 2 mg/l ou 80% » Station biologique classique : rendement 20 à 30% => rejet 10 mg/l » 2 types de traitement : » Déphosphatation chimique » Déphosphatation biologique

33 Traitement de la pollution phosphorée Déphosphatation chimique : précipitation par sels d'aluminium, de fer ou de calcium (chaux) » Rapport Fe (ou Al)/P = 1,5 à 2 selon objectif de traitement » Chaux => remonter pH à 9,5- 10 (précipitation + rapide) » Point d'injection en amont bassin d'aération, dans bassin d'aération (+ utilisée) ou aval clarificateur » Production de boue : +40 à 65% » Surcoût : +10%

34 Traitement de la pollution phosphorée Déphosphatation biologique Par bactéries aérobies (acinetobacter) qui vont stocker acétate produit par bactéries anaérobies » Ingurgitation acétate consomme poly-P » Alternance phases anaérobies et aérobies (anoxie considéré comme aérobie dans ce cas) Nitrates perturbateurs » Dénitrification poussée nécessaire Différentes combinaisons de bassins Rendements obtenus : 50 à 65% (ajout de réactifs chimiques nécessaires) Économie (malgré injections réactif complémentaires) : - 50%

35 7. L’assainissement pluvial

36 Deuxième partie : l’eau potable