Stations d’épuration

Dans une station d’épuration, les eaux usées acheminées sont traitées. Les matières en suspension, les substances organiques, les nutriments et d’autres impuretés sont éliminés de l’eau. Pour ce faire, plusieurs étapes de traitement sont mises en œuvre : le traitement mécanique (séparation des graisses, des sables et des matières solides), le traitement biologique (dégradation des substances organiques et des nutriments par des micro-organismes) et le traitement chimique (précipitation des phosphates).

Les installations modernes surveillent en permanence la qualité des eaux usées et veillent à ce que l’eau traitée puisse être rejetée dans le cours d’eau dans le respect de l’environnement. Des analyses correspondantes sont réalisées dans les laboratoires associés. La station d’épuration permet également de séparer les boues des eaux usées et d’orienter ces boues vers un traitement spécifique.

Même si les eaux usées traitées sont soumises à des exigences strictes, il ne s’agit en aucun cas d’eau potable.
Le dimensionnement d’une station d’épuration repose sur les évolutions prévisibles du bassin versant au cours des prochaines décennies. Les stations d’épuration jouent également un rôle important dans l’aménagement du territoire. Ainsi, pour les nouveaux quartiers résidentiels ainsi que pour les zones artisanales et industrielles (lorsqu’elles ne disposent pas de leur propre système de traitement avec rejet direct), il est indispensable que des capacités suffisantes soient disponibles au niveau de la station d’épuration.

Ci-dessous, les différentes étapes du processus d’épuration sont brièvement expliquées. Selon la configuration de la station d’épuration, les procédés utilisés peuvent varier ou être dimensionnés différemment. Les procédés décrits ici font partie des méthodes couramment utilisées dans le traitement des eaux usées.

Traitement mécanique

Les processus mis en œuvre à ce stade reposent exclusivement sur des procédés mécaniques. Dans un premier temps, les eaux usées traversent un dégrilleur qui retient les gros déchets. Certaines stations disposent de deux niveaux de dégrillage, composés d’un dégrilleur grossier suivi d’un dégrilleur fin.

Les déchets retenus sont acheminés vers une presse laveuse de refus de dégrillage, où ils sont lavés et déshydratés. Les eaux de lavage générées sont réintroduites dans la station d’épuration, tandis que les déchets sont généralement valorisés par voie thermique.

Après le dégrillage, les eaux usées pénètrent dans un dessableur-dégraisseur. Celui-ci est aéré, ce qui permet aux graisses et aux huiles de remonter à la surface, où elles peuvent être récupérées. Les graisses séparées peuvent être dirigées vers le traitement des boues. Le sable se dépose au fond du dessableur. Comme les déchets de dégrillage, il est lavé puis soit mis en décharge, soit utilisé dans la construction routière si sa qualité le permet.

La dernière étape du traitement mécanique est la décantation primaire. Les matières organiques décantables se déposent dans un bassin et sont évacuées sous forme de boues primaires, qui sont ensuite dirigées vers le traitement des boues.

Traitement biologique

Lors du traitement biologique, les micro-organismes décomposent les composants présents dans les eaux usées. On parle donc souvent de bassin d’aération ou de boues activées. Dans ce bassin, les composés organiques biodégradables dissous ainsi que les composés contenant l’élément nutritif azote sont dégradés.
L’azote est présent dans les eaux usées sous forme d’ammonium (NH₄) et est d’abord transformé en nitrate (NO₃) lors de la nitrification. La dénitrification transforme ensuite le nitrate en nitrite (NO₂) puis en azote élémentaire (N₂), qui est rejeté dans l’atmosphère. Ces processus sont également assurés par des micro-organismes, qui ont toutefois des exigences différentes en matière de conditions de vie.

Les bactéries responsables de la nitrification ont besoin d’oxygène, tandis que celles impliquées dans la dénitrification fonctionnent dans des zones dépourvues d’oxygène (zones anoxiques). Pour cette raison, les bassins biologiques sont divisés, soit par des aménagements structurels, soit par une alimentation alternée en oxygène, en zones ou phases aérées et non aérées. L’aération des bassins d’aération représente une part importante de la consommation énergétique des stations d’épuration.

Outre la dégradation des substances contenues dans les eaux usées, la phase biologique permet également la séparation des boues d’épuration de la phase aqueuse. Cette séparation a généralement lieu dans un bassin de décantation secondaire, où les boues se déposent au fond tandis que l’eau épurée est évacuée vers le milieu récepteur.
Les boues extraites, appelées boues excédentaires ou boues secondaires, sont dirigées vers le traitement des boues.

Une partie des boues est renvoyée vers le bassin d’aération sous forme de boues de recirculation, afin de garantir une quantité suffisante de micro-organismes pour le traitement des eaux usées.

Outre la configuration classique associant bassin d’aération et décantation secondaire, il existe d’autres configurations biologiques, telles que les réacteurs séquentiels discontinus (SBR), dans lesquels les différentes phases ne sont pas séparées dans l’espace mais dans le temps, ainsi que des variantes de ces systèmes.
Le nutriment phosphore peut également être éliminé par des processus biologiques. Toutefois, ceux-ci ne suffisent souvent pas à respecter les valeurs limites requises, ce qui rend nécessaire le recours au traitement chimique.

Traitement chimique

Lors de cette étape, un réactif de précipitation (sel de fer ou d’aluminium) est ajouté aux eaux usées. Celui-ci réagit avec le phosphore dissous et le transforme en une forme solide, ce qui permet son évacuation avec les boues d’épuration. Le réactif est fréquemment introduit directement dans le bassin d’aération.

Autres éléments

Outre les processus de traitement proprement dits, une station d’épuration comprend également un grand nombre de pompes, régulateurs, vannes et conduites qui assurent le bon fonctionnement de l’ensemble du système. Il s’agit d’un concept de génie des procédés complexe et exigeant.