L’eau de pluie transporte peu de charge polluante et est facilement traitable. Des agents nocifs sont incorporés lorsque la pluie passe dans l'atmosphère ou lorsque l'eau, déjà tombée, s'écoule à la surface.
Les eaux usées
Les eaux usées sont définies comme des eaux contaminées. Ainsi, la loi espagnole sur l'eau définit la pollution comme l'action et l'effet de l'introduction de matériaux ou de formes d'énergie, ou de l'induction de conditions dans l'eau qui, directement ou indirectement, impliquent une altération nuisible de sa qualité par rapport aux utilisations ultérieures, à la santé humaine, ou aux écosystèmes aquatiques ou terrestres directement associés aux aquatiques ; causent des dommages aux biens ; et détériorent ou entravent la jouissance et les utilisations de l'environnement.
Les réseaux d'égouts et les stations d'épuration deviennent de plus en plus importants en Amérique latine et en Europe, car il s'agit d'un domaine crucial pour la santé humaine dans lequel les ingénieurs peuvent être professionnellement impliqués. C'est pourquoi nous vous proposons aujourd'hui une analyse de chacun des éléments qui composent une station d'épuration des eaux usées (SEEU).
Cependant, c'est l'eau urbaine qui entraîne une plus grande pollution des eaux usées, ses principales sources étant domestiques, industrielles ou agricoles, devenant ainsi le principal objet de traitement. Vous allez découvrir un aperçu général de ce processus et son explication ultérieure, étape par étape.
Entrée des eaux usées
Les eaux usées arrivent à l'entrée de la station d'épuration en provenance du réseau d'égouts, recueillant les eaux de pluie et les eaux noires de la zone où la station d'épuration collecte l'eau, soit dans un système unitaire, soit dans un système séparé.
Réservoir et installation de pompage
On essaie toujours dans les réseaux d'approvisionnement et d'assainissement que les tuyaux circulent par gravité. À cette fin, une fois que les eaux usées arrivent à l'entrée de la station d'épuration, de l'énergie leur est appliquée au moyen d'une pompe de surpression, de sorte que le reste de la conduction à l'intérieur de la station d'épuration s'effectue par gravité. Cette étape pourrait être évitée si la station d'épuration était située dans une zone en pente, de manière à ce que l'eau s'écoule à la vitesse appropriée.
Débats pour les grilles
Le fluide passe à travers plusieurs grilles de différents diamètres. Cela garantit que les matériaux solides sont conservés, ce qui permet de faire une première approximation du traitement en tant que tel.
Dessablage et dégraissage
Le dessablage fait partie des systèmes ou des procédés visant à éliminer toutes les particules dont la taille est supérieure à 0,5 mm, afin d'éviter la sédimentation dans les canaux et les conduites, de protéger les pompes et autres équipements contre l'abrasion et d'éviter la surcharge dans les phases de traitement suivantes. La bonne chose à faire est de placer le système de pompage à partir de cette étape, de manière à ce qu'il subisse le moins de dommages possible. Cependant, comme nous l'avons déjà expliqué, il y a des cas où l'arrivée des collecteurs est très profonde et où il est nécessaire de placer une station de pompage à l'entrée de la station d'épuration.
En ce qui concerne le processus de dégraissage, l'objectif est d'éliminer les déchets polluants, les graisses, les huiles, les mousses et autres matières flottantes plus légères que l'eau, ce qui pourrait fausser les processus de traitement ultérieurs.
D'autre part, le déshuilage consiste en une séparation liquide-liquide, tandis que le dégraissage est une séparation solide-liquide. Dans les deux cas, les substances impertinentes sont éliminées par insufflation d'air, afin de désémulsifier la graisse et d'améliorer la flottabilité.
Décantation primaire
Ce processus constitue la purification primaire. Son objectif est d'éliminer, par effet de gravité, les solides en suspension dans les eaux usées ; il est atteint soit librement, soit avec l'aide de produits chimiques qui agglomèrent les particules (floculants) afin qu'elles prennent du poids et se décantent plus rapidement. Ces solides en suspension éliminés sont principalement des matières organiques, ce qui entraîne une réduction significative de la concentration en DBO de l'effluent.
L'analyse d'un décanteur primaire circulaire pourrait être la suivante : l'eau entre par le centre du décanteur et est collectée à la périphérie du décanteur afin d'accumuler et d'extraire ensuite les boues primaires. La concentration de boues primaires dans les eaux usées est généralement comprise entre 3 et 8 % du volume total. Nous saurons comment cela se fait dans la section 11. Élimination primaire des boues.
Réacteur biologique à lit bactérien
Cette section marque le début du traitement secondaire, également appelé purification ou traitement biologique des eaux usées (TBAR), qui est compris comme l'élimination des contaminants par l'activité biologique des microorganismes présents dans les réacteurs.
Bien que le traitement secondaire soit capable d'éliminer la DBO et les MES dans des valeurs proches de 85 %, il n'éliminera pas de manière significative les nutriments (N et P), les métaux lourds, les agents pathogènes ou les bactéries, qui doivent être éliminés ultérieurement.
Après le prétraitement et le traitement primaire, l'eau entre dans les lits par le haut, s'infiltre à travers le remplissage, où a lieu la purification, et sort par le bas. L'eau traitée et la biomasse détachée du support, passent à l'étape de la décantation, où, par gravité, elles sont séparées.
Décantation secondaire
Contrairement aux décanteurs primaires, ces unités, qui accompagnent presque tous les réacteurs biologiques, ne sont pas conçues pour éliminer les déchets et les charges polluantes présentes dans les eaux usées, mais pour séparer l'eau traitée de la biomasse qui s'échappe avec elle.
Ces unités sont plus grandes que les décanteurs primaires et ne devraient pas avoir un temps de rétention excessif car des conditions anaérobies pourraient se produire, mais suffisant pour obtenir une séparation efficace de la biomasse. Si ces boues sortent avec l'effluent de l'eau traitée, des niveaux élevés de DBO et de MES seront présents, ce qui gâchera tout le processus de traitement et entraînera le non-respect des paramètres et des réglementations de rejet.
Dépistage
Ce dépistage fait déjà partie du traitement dit tertiaire. Il convient de noter que cette dernière étape n'a pas toujours été réalisée dans le passé. Actuellement, les traitements spécifiques ou tertiaires jouent un rôle fondamental dans le respect des réglementations de plus en plus exigeantes des différents pays en matière de rejets. Non seulement les traitements primaires et secondaires sont insuffisants pour rendre un rejet conforme aux dispositions réglementaires des autorités environnementales compétentes, mais dans plusieurs cas, ils peuvent augmenter les concentrations de certains composés qui sont aujourd'hui contrôlés.
Son objectif est d'éliminer les matières organiques qui peuvent encore subsister dans l'eau ou de réduire la concentration des sels inorganiques dissous qui n'ont pas été retenus par les processus de filtration, de sédimentation et d'oxydation des phases précédentes.
En plus du criblage, certaines stations d'épuration proposent généralement un processus de désinfection finale. Cette désinfection peut être effectuée par ozonisation et par des lampes à rayons ultraviolets, bien que la manière la plus économique et la plus habituelle soit d'utiliser la chloration à l'hypochlorite de sodium à l'état gazeux. Il s'agit donc d'un traitement final qui est responsable de la destruction des bactéries et de divers micro-organismes pathogènes qui peuvent rester dans l'eau.
Rejet d'eau traitée dans la rivière
Une fois toutes les opérations effectuées, l'eau traitée peut être rejetée dans un cours d'eau public naturel, à condition qu'elle respecte les valeurs seuils des substances réglementées par les lois pertinentes, qui n'ont pas leur place dans ce bref résumé de l'équipement d'une station d'épuration. Pour connaître exactement les valeurs seuils des substances avec lesquelles certains rejets peuvent être effectués, il est conseillé de consulter le texte révisé de la loi sur l'eau.
Enlèvement du sable et de la graisse
Il a déjà été question des dessableurs et des dégraisseurs, et nous allons maintenant inclure la manière dont ces substances sont éliminées. Le processus d'extraction du sable des désableurs peut être effectué manuellement et mécaniquement.
Quant aux graisses, la méthode d'extraction est assez simple, une sorte de "lame" montée sur un pont de grue, appelée écumoire, qui se déplace en permanence autour de la zone de dégraissage en enlevant les substances flottantes qui s'y sont accumulées. Les matériaux extraits, qu'ils soient flottants ou sableux, sont temporairement transportés dans un conteneur pour être incinérés ou mis en décharge.
Élimination des boues primaires
La boue obtenue par décantation primaire a une consistance visqueuse et une couleur marron à grisâtre. En raison de leur forte teneur en matière organique, ils se décomposent facilement, ce qui provoque de mauvaises odeurs. Ces boues doivent être traitées en même temps que les boues résultant des traitements secondaires.
Les deux conduits, celui qui extrait les boues primaires et celui qui collecte les boues secondaires sont reliés avant d'être traités, de sorte que les traitements qui seront vus dans les sous-sections suivantes seront donnés de manière générale pour la totalité des boues obtenues.
L'élimination des boues secondaires
Les boues secondaires ou boues biologiques, issues de la réaction du lit biologique, sont principalement constituées de biomasse active.
Ces boues fraîches ont une coloration brun foncé et une odeur de terre humide qui n'est pas désagréable tant qu'elles ne sont pas digérées en anaérobie. Leur taux d'humidité initial varie entre 98 et 99,5%, et leur concentration (épaississement) est très difficile. Dans le traitement des boues secondaires, trois phases principales doivent être réalisées.
Digestion primaire des boues
Lors de la digestion, la boue concentrée est stabilisée biochimiquement afin qu'elle ne poursuive pas son processus de décomposition ou la croissance de micro-organismes, lors de sa réutilisation ou de son élimination finale. De plus, cette digestion complète permet l'élimination des organismes pathogènes présents et la réduction des odeurs désagréables.
Cette digestion se fait par un processus anaérobie, dans des réservoirs fermés, et obtiendra comme produit normal de la fermentation anaérobie, du biogaz (CH4 et CO2) et de nouvelles cellules, qui seront éliminés une fois que toute la matière organique aura été digérée et entrera en phase de croissance endogène.
Il est important de contrôler notamment la température (entre 30 et 35 °C), le pH (entre 6,8 et 7,4) et les alcalinités entre 1500 et 2000 mg/L. Les paramètres utilisés pour déterminer la stabilité des boues sont la teneur en solides volatils (V) et le nombre d'agents pathogènes.
Digestion secondaire et épaississement des boues
L'épaississement des boues est un processus qui est effectué afin de réduire l'investissement économique du traitement. À cette fin, il faut réduire le volume des boues fraîches des réacteurs biologiques, qui contiennent plus de 95 % d'eau.
Cette réduction de volume est effectuée dans des réservoirs appelés épaississeurs. Ces réservoirs, dont la structure est similaire à celle d'un décanteur, sont dotés d'un bras mobile rotatif, ancré à un cadre de boue de tonneau, qui a pour fonction d'éliminer les espaces occupés par l'eau et de regrouper les solides.
Évaluation des boues
Considérant la boue obtenue comme une substance aux éléments nutritifs nombreux et variés, après avoir pris les précautions nécessaires, elle peut être utilisée à des fins agricoles comme compost ou même comme conditionneur de sol, reboisement, etc.
Production de gaz dans le digesteur primaire
La "digestion primaire des boues", c'est-à-dire la digestion des boues issues du traitement primaire, génère un gaz appelé biogaz, dont la composition comprend 65 à 70 e de méthane (CH4) et 25 à 30 e de dioxyde de carbone (CO2), en plus de petites quantités d'azote, d'hydrogène et de sulfure d'hydrogène.
Sortie de gaz de digestion
Le biogaz mentionné ci-dessus, sort du digesteur de boue primaire à haute pression. Cette pression est utilisée pour produire de l'énergie électrique de manière simple.
Production d'énergie à partir des gaz de digestion
Un mètre cube de méthane a une valeur calorifique d'environ 35 800 kJ. Comme mentionné dans quelques sous-sections ci-dessus, le biogaz contient 65 e de cette substance, ce qui signifie que sa valeur calorifique est d'environ 23 270 kJ/m3.
Par rapport au gaz naturel, qui a un pouvoir calorifique de 37 300 kJ/m3, son pouvoir calorifique est plus que considérable. Le gaz issu de la digestion peut être utilisé comme combustible pour les chaudières et les moteurs à combustion interne qui, à leur tour, peuvent être utilisés pour pomper les eaux usées, produire de l'électricité et faire fonctionner les soufflantes (utilisées dans le désableur). Je voudrais conclure en disant qu'une station d'épuration des eaux usées peut être autosuffisante en énergie, fermant ainsi un cycle environnemental durable.
