Etapes du traitement des eaux

Définition des eaux usées Etapes du traitement des eaux
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Pour atteindre les objectifs d’une eau épurée qui satisfait aux normes de rejet édictées par la législation, les spécialistes de l’assainissement des eaux résiduaires disposent de trois groupes de techniques.

1.     Prétraitement

C’est une technique de séparation de phase (liquide-solide, liquide-liquide) permettant d’extraire ce qui est en suspension et les corps flottants. Elle constitue généralement la première étape de la chaîne du traitement.

1.1.      Dégrillage

Selon Thomazeau, (1981), le dégrillage a pour objectif l’élimination des matières volumineuses des eaux. Et d’après Koller, (2004), les grilles protègent les ouvrages postérieurs, et évitent l’obstruction des installations d’épuration. Ils sont généralement constitués de grilles métalliques avec des écartements de barreaux de 4 à 7cm, et peuvent être nettoyés mécaniquement ou manuellement. Les eaux usées industrielles, sont généralement traitées sur des tamis profilés, rotatifs ou vibrants (Eckenfelder, 1982).

1.2.      Dilacération

Cette opération concerne particulièrement les eaux résiduaires. Elle a pour but de broyer les déchets pour les transformer en particules plus fines. Celles-ci sont évacuées avec l’eau brute vers le décanteur. Ce système nécessite beaucoup d’impératifs liés à la nature des déchets et à l’efficacité du traitement (Melab, 2003 ; Gaid, 1984).

1.3.      Tamisage

Il constitue un dégrillage fin, puisque les eaux doivent traverser des mailles étroites (quelques mm à quelques dizaines de microns). Les tamis sont donc utilisés lorsque l’on cherche à retenir les matières en suspension de petite taille. (Thomazeau, 1981)

L’eau est dirigée par gravité, ou sous pression, sur une grille profilée, concave ou à pente multiple. (Eckenfelder, 1982)

Il existe un macro-tamisage (mailles supérieures à 0,3mm), et un micro-tamisage  (mailles inférieures à 100µ).

1.4.      Dessablage

Il a pour but d’extraire des eaux les graviers, sables et particules minérales plus ou moins fines, de façon à éviter les dépôts dans les canaux et conduites ; à protéger les pompes et autres appareils contre l’abrasion, à éviter de surcharger les stades de traitement suivants. (Koller, 2004)

La technique de dessablage consiste à faire circuler l’eau dans une chambre de tranquillisation avec une vitesse constante de 0,3m/s quelque soit le débit. Cette condition est difficile à réaliser en raison de la variation du débit (Ouali, 2001).

1.5.      Déshuilage

Selon Thomazeau, (1981), ces opérations conviennent pour l’extraction des corps flottants, moins denses que l’eau, pour combattre les risques de colmatage.

Les eaux résiduaires contenant des graisses et des huiles peuvent, par formation de fines couches superficielles, empêcher l’accès de l’air dans les cours d’eau, et occasionnellement, les effets d’intoxication sur les micro- organismes et les poissons. Ces deux opérations sont réalisées ensemble bien que correspondant à deux phénomènes physiques différents.

Le déshuilage correspondant à une opération de séparation liquide-liquide, le dégraissage correspond à une opération de séparation solide-liquide. (Koller, 2004)

2.     Traitement physico-chimique

Un traitement physico-chimique a pour objet d’accélérer l’effet gravitationnel des particules encore en suspension. Il permet d’obtenir un meilleur résultat qu’une simple sédimentation. On peut utiliser une, ou des, combinaisons des techniques suivantes.

2.1.      Coagulation

La coagulation consiste à introduire dans l’effluent à traiter un produit capable de décharger les colloïdes généralement électronégatifs (par la neutralisation des charges électriques répulsives) et donc de déstabiliser l’équilibre électrocinétique des particules en suspension. Ainsi, les charges électriques négatives et l’introduction du coagulant entraînera la formation d’un précipité décantable. (Koller, 2004 ; Sigg et al, 2000 et Dupant, 1981)

2.2.      Floculation

La floculation est l’agglomération (coalescence) des colloïdes déchargés. Elle résulte d’une série de collisions successives favorisées par une agitation mécanique. Un floculant est surtout un composé qui a une action de pontage interparticulaire, moyennant la mise en  œuvre d’un processus d’adsorption puis de réticulation ; il augmente la vitesse de formation, la cohésion et la densité des flocs qui deviennent facilement décantables. (Koller, 2004)

La floculation rend compte de leur agglomération en agrégats éliminés par décantation et /ou filtration. (Cardot, 1999)

2.3.      Décantation

La décantation est une opération unitaire, parmi les techniques de séparation liquide- solide, basée sur le phénomène de sédimentation (loi de gravitation de Newton), qui consiste à séparer d’un liquide les particules en suspension utilisant les forces gravitaires. (Koller, 2004). Les décanteurs sont des appareils dans lesquels l’eau circule d’une manière continue de façon qu’elle puisse abandonner ses matières en suspension et colloïdales rassemblées dans les flocs. (Dupant, 1981)

2.4.      Flottation

La flottation est un autre procédé de traitement des eaux usées. Elle consiste à insuffler des bulles de gaz qui adhèrent aux flocons de boue présents dans les eaux usées.

Cette augmentation de leur flottabilité les fait remonter à la surface du liquide où ils constituent une couche d’écume, le flottat, qui est éliminée.

Réalisant une décantation inversée, la flottation sépare les substances solides en suspension (généralement finement dispersées dans l’eau) collectées à la surface libre de l’appareillage, en utilisant la faculté de celles-ci à se fixer à des bulles (d’air en général) de faibles dimensions, ce qui leur confère une densité apparente plus légère que celle du milieu. (Koller, 2004)

3.     Traitement biologique

Selon Koller, (2004), il reproduit certaines réactions biologiques du milieu naturel. C’est la technique la plus importante car, à l’inverse d’autres procédés n’agissant qu’en concentrateurs de pollution, elle permet la transformation des corps indésirables, notamment de la pollution organique dissoute.

Il constitue le mode classique d’épuration de la pollution organique carbonée et azotée. Les procédés d’épuration biologique des eaux usées, ont pour but essentiel d’éliminer les matières organiques en solution ou en suspension. Ces procédés peuvent être aérobies ou anaérobies. (Leclerc et Mossel, 1989)

3.1.      Epuration aérobie

Le traitement biologique d’une eau usée s’effectue dans une sorte de réacteur où l’on met en contact des micro-organismes épurateurs et l’eau à épurer.

Si la culture est en suspension dans un bassin aéré on parlera de procédé à boues activées. Si la culture est fixée ou retenue sur un support solide on parlera de procédé du type lit bactérien ou biodisque bactérien. (Koller, 2004)

3.1.1.      Epuration aérobie à culture fixée

Dans les procédés à culture fixée, les fortes concentrations en biomasse sont obtenues grâce à la capacité des microorganismes à se fixer sur un support et à s’y développer sous forme d’un biofilm.

La matière organique présente dans les effluents à traiter est adsorbée sur ce biofilm puis biologiquement oxydée en présence d’oxygène ou d’autres accepteurs d’électrons. Ce concept est à la base de plusieurs procédés dont les plus répandus sont les lits bactériens et les disques biologiques. (Grosclaude, 1999)

3.1.1.1.       Les lits bactériens

D’après Baouni, (1987), un lit bactérien est constitué d’une couche de matériau dit de garnissage inerte servant de support à la biomasse, qui constitue un véritable film biologique appelé zooglé assurant l’épuration de l’effluent. Le principe de fonctionnement d’un lit bactérien, quelque fois appelé filtre bactrien ou filtre percolateur, consiste à faire ruisseler l’eau à traiter, préalablement décantée, sur le lit bactérien. (Larpent et al, 1985)

3.1.1.2.       Les biodisques

Un disque biologique est une variante des lits bactériens dans lesquels les microorganismes se développent sur un support en rotation. Dans une installation à biodisque, l’effluent préalablement décanté est admis dans un bassin où des disques sont partiellement immergés (environ 40% selon Vandevenne. L, 1982). Ceux-ci tournent à la vitesse de 1 à 2 tours par minute, dans le sens de la circulation de l’eau. Ils sont regroupés sur des axes espacés de 2 à 4 cm. La rotation permet ainsi le contact entre les microorganismes et l’effluent puis entre les microorganismes et l’air en alternance. (Thomazeau ,1981)

3.1.2.      Epuration aérobie à culture libre

Le traitement biologique d’une eau usée s’effectue dans une sorte de réacteur où l’on met en contact des micro-organismes épurateurs libres dans l’eau à épurer.

3.1.2.1.       Lagunage

Le lagunage consiste en l’utilisation d’étangs naturels ou artificiels, comme milieu récepteur d’effluents bruts ou traités. C’est un procédé de traitement où l’eau usée prétraitée ou non, est envoyée dans un étang peu profond où la matière organique et les substances nutritives sont consommées par des algues grâce au processus de photosynthèse. (Koller, 2004)

Figure III.1 : Epuration biologique par lagune. (Ramade, 1998) On classe généralement les étangs d'oxydation en trois catégories.
Figure III.1 : Epuration biologique par lagune. (Ramade, 1998) On classe généralement les étangs d’oxydation en trois catégories.
a – Lagunes anaérobies

La dégradation des matières organiques est assurée par des bactéries anaérobies où le milieu est pauvre en oxygène dissous. (Gaid, 1984)

b – Lagunes aérobies

La dégradation des matières organiques est réalisée par des bactéries aérobies et des algues en utilisant les facteurs physiques tels que le vent et la lumière. (Gaid, 1984)

c – Lagunes facultatives

Elles résultent d’une combinaison des deux étangs précédents. Deux zones sont ainsi observées : une aérobie dans la partie supérieure du bassin et une anaérobie dans la partie inférieure. (Gaid, 1984)

3.1.2.2.       Boues activées

Le procédé par boues activées consiste à provoquer le développement d’un film bactérien, dans un bassin alimenté en eaux usées à traiter (bassin d’aération), en brassant suffisamment la masse pour éviter la décantation des flocs, et en lui fournissant l’oxygène nécessaire à la prolifération des micro-organismes. (Koller, 2004)

Les boues constituées par la floculation des bactéries, ainsi que des matières organiques et minérales contenues dans les eaux vont être séparées dans un clarificateur. Elles sont en partie réinjectées dans le bio réacteur où se développe la culture bactérienne en suspension qui assure la destruction par voie aérobie des matières organiques ; et le reste envoyé vers les lits de séchage. (Ramade, 1998 ; Cardot, 1999)

Les boues d’origine primaires ou secondaires se présentent sous forme d’un liquide contenant des particules homogènes en suspension. La couleur des boues varie entre le brun et le gris et leur odeur est souvent désagréable car ce sont des produits facilement fermentescibles.

Les boues contiennent de grandes teneurs en azote, phosphore, potassium et le magnésium qui donnent l’importance aux boues dans le domaine agricole.

(Salah Eddine, 2005).

3.2. Epuration anaérobie

Un regain d’intérêt est constaté pour la dépollution des rejets industriels biodégradables fortement concentrés (DBO5 > 3000mg O2/l) par fermentation anaérobie, essentiellement comme premier étage d’un traitement biologique en vue d’une élimination de 70 à 85 % de la pollution carbonée.

Le traitement présente un certain nombre d’avantages par rapport à un traitement aérobie:

  • Une faible consommation d’énergie pour les besoins du processus,
  • Une faible production de boues biologiques en excès (5 fois moins que pour un traitement aérobie).
  • Et surtout, la récupération d’un biogaz (à 70 % de méthane), la matière organique se retrouve principalement sous forme gazeuse et très peu sous forme de boue pouvant être utilisée industriellement comme source d’énergie.

Sur le plan technologique, le biométhaniseur peut fonctionner avec une biomasse en suspension ou avec une biomasse fixée sur un support. (Koller, 2004)

Les bactéries aéro-anaérobies dégradent les matières organiques par hydrolyse des polymères (phase de liquéfaction) puis fermentation. Celle–ci produit de nombreux produits, tels les acides organiques, les alcools et les amines (phase d’acidogénèse).

Le CO2 se produit au cours de la dégradation des acides, les plus petits sont l’acide acétique  et formique. Enfin, les bactéries anaérobies strictes, très spécialisées, réalisent la phase ultime produisant du méthane (phase de méthanogénèse). (Guiraud, 1998)

4.     Traitement tertiaire

Plusieurs techniques d’épuration complémentaires suivront l’épuration biologique proprement dite de la matière organique. Ces traitements sont dits tertiaires, ils ont pour objet d’éliminer les sels minéraux nutritifs agents de dystrophisation et des contaminants résiduels micropolluants (certains métaux lourds, composés organiques de synthèse). (Ramade, 1998)

4.1.      Filtration

La filtration est un procédé physique destiné à clarifier un liquide qui contient des matières solides en suspension en le faisant passer à travers un milieu poreux.

(Desjardins, 1990). Les matériaux utilisés sont généralement, le sable, l’anthracite, la pierre ponce. (Thomazeau, 1981)

Il existe différents types de filtres parmi eux on utilise principalement des filtres à sable rapides, des filtres à sable lents, des filtres sous pression, et des filtres à terre diatomée.

4.2.      Adsorption

Les molécules d’un liquide ou d’un gaz ont parfois tendance à s’accumuler naturellement sur la surface d’un matériau solide, en une seule couche ou en couches multiples. Ce phénomène est appelé l’adsorption. (Watson, 1999 ; Hou, Gounaris, Noll, 1992)

L’adsorption est un procédé physique qui permet d’éliminer les substances chimiques responsables de la couleur, des goûts et/ou des odeurs, tels que les phénols et les crésols ainsi que d’autres substances toxiques non biodégradables. (Desjardins, 1988)

4.3.      Désinfection

Une eau même très bien épurée contient encore une grande quantité de microorganismes (bactéries, virus, champignons, protozoaires, etc.), dont certains sont des agents pathogènes, susceptibles de provoquer des dommages pour l’homme et les animaux.

La désinfection des eaux usées n’est toujours pas à l’ordre du jour des autorités sanitaires et n’apparaît pas dans les prescriptions relatives à la qualité de rejets.

Cette désinfection peut cependant être exigée dans certains cas très particuliers (effluent d’hôpital, par exemple). (Koller, 2004).

Source:

BOUGHARI DJAOUHAR 2016

Caractérisation et de traitement des eaux résiduaire d’une industrie textile (SOFACT- Tissemsilt.)

Université Abdelhamid Ibn Badis-Mostaganem

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