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Traitement des eaux usées (section 2/2)

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(Traitement chimique,  nanofiltration et phytoépuration)

Phase 3 : Traitement chimique des eaux usées

Procédés chimiques incluant la neutralisation, la désinfection, la floculation et la précipitation

Des procédés chimiques sont alors utilisés pour le traitement des eaux usées afin que certains composés atteignent des valeurs non toxiques prescrites par la loi.

La neutralisation permettra d’atteindre la valeur de pH souhaitée : on ajoute un acide ou une base. Sont principalement mis en réaction les ions de sodium (Na), calcium (Ca) et magnésium (Mg).

La désinfection va éliminer les agents pathogènes par l’action du chlore ou du rayonnement UV1. Ce dernier est très puissant contre les germes pathogènes et organismes protozoaires et présente même une bonne alternative aux produits chimiques.

La précipitation ou floculation2 des phosphates (coagulation des boues) remédiera aux détergents, engrais, additifs alimentaires et matières fécales. En effet, ceux-ci conduisent en général à une surfertilisation des plans d’eau pouvant aboutir à une eutrophisation3. On ajoute donc des sels d’aluminium ou de fer dans le but de limiter l’écotoxicité des rejets d'eaux usées.

L’élimination de l’azote conduira à l’oxydation de l’ammoniac/NH3 (toxique pour les poissons) en nitrite/NO-2 par des bactéries anaérobiques et de l’oxygène, puis le nitrite est oxydé en nitrate/NO-3. On poursuit éventuellement par une dénitrification pour les odeurs. Ainsi, on ajoute des micro-organismes anaérobiques qui décomposent le nitrate en azote gazeux, par leur action enzymatique, qui se dégage ensuite dans l’atmosphère4.

Unités pour la culture de bactéries anaérobiques.

Phase 4 : Nanofiltration
Processus membranaires incluant la filtration, l’osmose et la nanofiltration

L’eau est mise sous pression et passe par une membrane qui retient les plus infimes particules, comme des molécules ou ions de métaux lourds. On procède de la même façon en osmose inversée5.


(Crédit : Mémento technique de l’eau, Degrémont) 

En ce qui concerne l’élimination des micro-polluants (= nano-particules ou traces), la nanofiltration n’est malheureusement pas encore optimum, même si le charbon actif et l’ozone semble agir partiellement.

Après cette dernière étape, on prélève des échantillons d’eau pour en analyser la qualité afin de constater que celle-ci est bien conforme aux normes légales prescrites. Ensuite, l’eau traitée est transférée aux nouveaux usages ou simplement déversée dans la nature (cours d’eau).

Des systèmes de lagunages naturels (éventuellement tertiaires, c'est-à-dire uniquement installés en sortie de station d'épuration) permettent d'épurer une pollution organique et éventuellement d'affiner le traitement avant rejet dans le milieu naturel.

Station de lagunage des eaux usées à Rochefort-sur-Mer (Charente Maritime)

Dans les zones humides, d’autres systèmes écologiques/plus naturels apparaissent petit à petit, notamment lorsque la quantité d’eau à traiter est modeste. On oblige alors l’eau souillée à traverser très lentement une série de pièces d’eau dans lesquelles on fait croître des plantes spécifiques reconnues comme étant des dépollueuses effectives.

Cette technique de la phytoépuration est basée sur la capacité des écosystèmes aquatiques naturels à procéder à l’épuration de l’eau. On assiste alors a une interaction entre les plantes, le substrat et les micro-organismes.

Voici quelques alternatives :

A UN NIVEAU PLUS MODESTE

A UN NIVEAU PLUS VASTE

 

Parmi les végétaux utilisés, on trouve les plantes hélophytes6, comme les roseaux, les joncs, les Iris de marais et les massettes. Il y a également les rhizomes7 et les racines de ces plantes qui permettent une activité intensive des micro-organismes dégradant la matière organique (principale responsable de la pollution des eaux). Les feuilles, les tiges et les rhizomes apportent à ces micro-organismes de l’oxygène et divers compléments nécessaires à leur développement. Il y a enfin les espèces ligneuses8, comme les saules, les aulnes et les peupliers, qui forment un réseau très efficace pour rendre l’eau de meilleure qualité (active dénitrification et déphosphatation). 

Il est à noter que lorsqu’il faut traiter une grande surface d’eau douce (petit lac, étang, pièce d’eau) en l’absence de poissons (après la mise à sec, lorsqu’on vient de le remplir, avant de mettre des juvéniles), on utilise parfois du permanganate de potassium qui est un bon oxydant afin d’éliminer les œufs, larves, bactéries, algues, levures et moisissures indésirables (l’eau de l’étang se colore alors en rose/pourpre, mais reprend rapidement sa transparence habituelle).

Les produits oxydants (chlore, brome, ozone) sont principalement utilisés pour l'eau potable et celle des piscines. Cependant, une trop forte concentration en chlore peut présenter des effets rémanents sur le corps humain, car il peut déclencher la production d’excès de radicaux libres. Or les radicaux libres causent des dommages aux cellules et leur excès peut engendrer des problèmes notamment au niveau musculaire.

Pour filtrer l’eau dans une écloserie (où l’on produit des œufs, larves, post-larves et alevins), on peut construire un filtre à sable : soit l’eau est moyennement/fortement chargée en matières solides en suspension et donc elle est filtrée à l’air libre, lentement, par gravité à travers le sable ou plusieurs couches (cailloux, gravillon, sable, charbon actif ...ce dernier neutralisant les saveurs et odeurs désagréables dues à certains gaz dissous) ; soit l’eau est faiblement chargées de matières solides en suspension et cette fois elle est filtrée plus rapidement, sous pression, à travers le lit de sable disposé dans des réservoirs clos (en métal ou résine renforcée de fibres de verre).

Pour nettoyer ces filtres, on inverse le sens du courant avec parfois injection d’air comprimé, les impuretés étant évacuées hors du système (rejet à l’égout).

Enfin en écloserie, on peut également utiliser un jeu de 3 cartouches qui s'échelonnent de 25 à 5µm (microns). Lorsqu’elles sont sales, c’est-à-dire obstruées par des impuretés, on les remplace.

Filtration à cartouches pour l’eau des bacs d’alevinage. L’eau passe d’une

cartouche à l’autre ; on peut également y ajouter du charbon actif.


Il y a également les produits non-oxydants qui sont des produits de la chimie organique pouvant bloquer les mécanismes de reproduction des micro-organismes ou détruire leurs membranes. Ils sont toutefois moins corrosifs et sont utilisés principalement en applications industrielles.


Références :

  • Cours de traitement des eaux résiduaires, IAPH, 1974.
  • https://www.aerzen.com
  • https://www.assystenvironnement.fr
  • https://www.larousse.fr
  • https://www.mediaterre.org
  • Mémento technique de l’eau, Degrémont, 8ième édition, Technique et documentation, Firmin-Didot s.a., 1978.

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1 UV = Ultraviolet.

2 Floculation = phénomène d'agrégation de matières en suspension formant dans l’eau un flocon qui par la suite sédimente. Les agents coagulants, comme l’alun, le chlorure ferrique, le sulfate ferrique, le sulfate ferreux, le chlorure ferreux, le chlorure ferreux, les polyélectrolytes organiques commerciaux, etc., sont fréquemment ajoutés aux eaux usées avant la clarification pour favoriser la floculation des particules solides. Cela augmente leur taille effective et augmente ainsi leur taux de sédimentation.

3 Croissance de plantes néfastes pour l’écosystème avec, par exemple, une production exagérée d’algues et la dégradation de la qualité de l’eau.

4 Si l’étape antérieur est complète (oxydation totale), on procède à la nitrification par des bactéries nitrifiantes qui fixent le carbone nécessaire à leur croissance dans le CO2 de l’air en phase anaérobique.

5 En ce qui concerne les sels dissous, on utilise soit des résines échangeuses d’ions (eau douce), soit l’osmose inverse (= séparation par membrane semi – perméable qui ne laisse passer que l’eau déminéralisée ; cas de l’eau de mer), soit la distillation (en laboratoire) ou des bouilleurs-évaporateurs sous vide en cascades (application industrielle à partir de l’eau de mer).

6 Plante des marais enracinée, bourgeonnant dans la vase du fond de l'eau, mais dont le sommet émerge à l'air libre.

7 Tiges souterraines.

8 Qui est constitué de bois, comme les arbres ; plante contenant suffisamment de faisceaux lignifiés pour que ses tiges soient résistantes.

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