Traitement des eaux uses

Traitement des eaux uses

2009Dysfonctionnement dune filire de traitement des eaux usesEN

SOMMAIRE INTRODUCTION3I.Les prtraitements41.Les diffrents types de prtraitement4a.Le dgrillage4b.Le dgraissage et dshuilage4c.Le dessablage42.Dysfonctionnement des ouvrages de prtraitement4a.Dgrilleur5b.Dgraisseur5c.Dssableur6II.Les traitements primaires et physico-chimiques61.Rle du traitement primaire62.Dysfonctionnement du traitement primaire7III.Les traitements secondaires8IV.Lpuration des eaux uses par les boues actives81.Rappel des principes102.Rappel sur la biologie des boues actives103.les diffrents types de dysfonctionnement12a.Les problmes avec bactries filamenteuses12b.Les problmes sans bactries filamenteuses en excs144.Mthodes de lutte19c.Action prventive19d.Actions curatives21V.Le lagunage naturel241.Les mcanismes biologiques en jeu242.Les dysfonctionnements observs25e.Changement de couleur et dveloppement de cyanobactries253.Nuisances olfactives264.Prolifration des algues265.Prolifration de daphnies266.Apparition de lentilles deau277.Flottants et dgraisseur, surcharge en tte278.Maintien dun niveau deau minimal dans les bassins279.Les problmes biologiques particuliers28a.Arrive deffluents septiques28b.Nitrification et dnitrification28c.Impact de la masse de boue prsente28VI.LES LITS BACTERIENS291.Les mcanismes biologiques et hydrauliques en jeu292.Prtraitement et traitement primaire en amont du lit bactrien293.Les dysfonctionnements observs sur terrain31a.Les phnomnes les plus couramment observs31b.Lanalyse des problmes de dysfonctionnement324.Des techniques pour amliorer la qualit des eaux traites32CONCLUSION34

INTRODUCTION

La station dpuration reste un outil fondamental pour la protection des milieux naturels. La valorisation de limage de la station passe par un ensemble de dispositions qui sont prendre en considration ds llaboration du projet en commenant par le choix de lemplacement du site et la bonne exploitation de la station, donc la connaissance des diffrant types de dysfonctionnement (biologiques et physico-chimique) reste un moyen efficace pour identifier les causes et par la suite trouver les solutions adquates a fin dassurer le bon fonctionnement de la station. Lobjectif fondamental de ce travail est : Dapporter une aide pratique lidentification des diffrents types de dysfonctionnements, Den expliquer les causes principales, De proposer des mesures prventives (au niveau de la construction ou de la gestion de la station) et curatives de lutte.

Les prtraitementsLes dispositifs de prtraitement sont prsents dans toutes les stations dpuration, quels que soient les procds mis en uvre laval. Ils ont pour but dliminer les lments solides ou particulaires les plus grossiers, susceptibles de gner les traitements ultrieurs ou dendommager les quipements : dchets volumineux (dgrillage), sables (dessablage) et corps gras (dgraissage dshuilage).Les diffrents types de prtraitement Le dgrillageLe dgrillage consiste faire passer les eaux uses au travers dune grille dont les barreaux, plus ou moins espacs, retiennent les lments les plus grossiers. Aprs nettoyage des grilles par des moyens mcaniques, manuels ou automatiques, les dchets sont vacus avec les ordures mnagres. Le tamisage, qui utilise des grilles de plus faible espacement, peut parfois complter cette phase du prtraitement.Le dgraissage et dshuilage Les graisses contenues dans les eaux uses sont limines par flottation. L'injection d'air au fond de l'ouvrage permet la remont en surface des corps gras, les graisses sont ainsi racles la surface, puis stockes avant d'tre limines.Le dessablage Les sables et les particules dont la vitesse dcoulement est infrieure 0,3 m/s doivent tre rapidement limins dans la chaine de traitement en vue dviter labrasion des corps, des pompes, des quipements mcaniques, le colmatage des tuyauteries, et leurs accumulations dans les rservoirs boues ou dans le digesteur.Dysfonctionnement des ouvrages de prtraitementLe bon fonctionnement des ouvrages constituant les prtraitements est important quelle que soit la taille de la station. Leur dfaillance a une incidence ngative sur le rendement puratoire global. Mme si ces quipements ont des rendements modestes en terme dabattement de pollution, ils ont une fonction majeure de protection des quipements situs en aval. En rgle gnrale, les principales recommandations sont la limitation des temps de sjour de leau dans les ouvrages et lextraction rapide des refus de traitement.1. DgrilleurSon rle est une protection mcanique des pompes et permet de limiter aussi la prsence de dpts et filasses dans les ouvrages laval. Il est ncessaire de concevoir un dispositif de rcupration des refus efficace et facile dexploitation afin dviter son by-pass (ex : canaux restant sec en labsence de passage deffluents). Cet ouvrage doit tre rgulirement nettoy et maintenu en bonnes conditions de fonctionnement en particulier en priode hivernale o le gel est souvent lorigine de son by-pass.1. DgraisseurSa fonction consiste faire remonter les matires grasses en surface de manire permettre leur rcupration et leur limination. Pour cela, une attention particulire devra tre porte lobtention dune zone calme permettant de concentrer les graisses flottantes dans une zone priphrique o leur reprise sera efficace. Ceci est obtenu pour les dgraisseurs ars en adaptant la puissance daration aux dimensions de louvrage. Il convient galement dviter des temps de sjour de leau importants (engendrant des fermentations) en adaptant le dimensionnement de louvrage la monte en charge de la station. Ainsi, sur des installations plusieurs fi les, le nombre douvrages aliments est adapter au dbit traiter.En terme dexploitation, lvacuation rgulire des flottants est raliser. La prsence de mauvaises odeurs et/ou dun effluent de couleur gristre en sortie des prtraitements sont indicateurs de dysfonctionnements de ce poste. noter quune temprature leve de leffluent peut limiter lefficacit du dgraisseur dans le captage des graisses collodales qui ces tempratures sont plus facilement miscibles leau.Ces graisses peuvent alors se figer sur les bassins en aval o lchange thermique diminue la temprature de la liqueur mixte. Ces conditions se rencontrent principalement sur les effluents de lindustrie agro-alimentaire qui gnrent des quantits de graisses importantes.1. DssableurLes quipements en place doivent permettre une vacuation quotidienne des dpts. Le systme dvacuation doit tre le plus simple et le plus robuste possible. Des vitesses ascensionnelles comprises entre 10 et 20 m.h-1 sont souhaitables. De trs faibles vitesses occasionnent des dpts organiques difficilement grables (rle de dcanteur primaire).Les traitements primaires et physico-chimiques1. Rle du traitement primaireAprs les prtraitements, il reste dans leau une charge polluante dissoute et des matires en suspension. Les traitements primaires ne portent que sur les matires particulaires dcantables. Les traitements physico-chimiques permettent dagglomrer ces particules par adjonction dagents coagulants et floculant (sels de fer ou dalumine, chaux...). Les amas de particules ainsi forms, ou flocs, peuvent tre spars de leau par dcantation ou par flottation. Les stations physico-chimiques sont adaptes aux contextes touristiques saisonniers o les variations de charge peuvent tre trs brutales sur une courte priode. Ces traitements (qui ne simposent que dans certaines filires de traitement) permettent denlever une quantit importante des matires en suspension. La pollution dissoute nest que trs partiellement traite.

1. Dysfonctionnement du traitement primaireLa prsence dun dcanteur primaire est un facteur favorable au dveloppement filamenteux pour deux raisons principales : Le faible lestage du floc par diminution de la fraction particulaire; Ltat de carence nutritionnelle (carbone) aggrave pour les bactries du floc du bassin daration.Une proportion leve (suprieure 50 %) de DCO soluble de leffluent dentre engendre un floc lger, peu lest. De plus, cette fraction peut tre constitue de composs facilement assimilables, lments favorables certaines bactries filamenteuses. De manire gnrale, la fraction soluble de la DCO reprsente 30 % de la DCO totale.Les matires en suspension ont un effet doublement positif sur la dcantabilit de la boue, elles favorisent : La structure, la cohsion et le lestage du floc; Une meilleure accessibilit et une augmentation de la disponibilit en substrat pour les bactries du floc.Un rapport MES entre/DBO5 de lordre de 1 est normal. De faibles concentrations en MES, (inf 100 mg.l-1 ou rapport MES/DBO5 infrieur ou gal 0,4) correspondent en gnral des stations quipes de dcanteur primaire ou recevant des effluents industriels chargs en matire organique soluble.Toutefois, dans le cas o un dcanteur primaire est retenu, la possibilit dun by-pass partiel et modulable doit tre prvue (lestage du floc). Le surdimensionnement de louvrage est viter afin de limiter le temps de sjour de leau (maximum de deux heures).Une extraction rgulire des boues est ncessaire afin de maintenir un faible volume de boue en fond du dcanteur. Le maintien dune concentration en boue infrieure 15 g.l-1 permet de limiter le temps de sjour de la boue.Le dcanteur primaire ayant souvent vocation tre une tape de finition des prtraitements, les flottants devront tre vacus rgulirement vers la filire boue et non retourns en tte de station.En cas de sous-charge de linstallation et dans la mesure du possible, il est fortement souhaitable de by-passer cet ouvrage. Dans ce cas, il est important de veiller au bon fonctionnement des tapes du prtraitement et de matriser laration dans le bassin daration.Les traitements secondaires Le traitement secondaire se fait le plus couramment par voie biologique. Une voie physico-chimique peut la remplacer ou plus souvent s'y ajouter pour favoriser la floculation et la coagulation des boues. Les principaux types de traitements secondaires sont cits dans le tableau ci-dessous :

Tableau 1 : Classement des procds dpuration des eaux uses

Plusieurs paramtres interviennent dans le choix de la mise en place dun type de traitement. Mais les plus utiliss au Maroc sont le lagunage naturel, les boues actives et le chenal algal haut rendement.Lpuration des eaux uses par les boues actives Il sagit dun traitement secondaire, qui consiste dgrader la matire organique en mettant les eaux uses en contact avec une culture bactrienne. Les eaux collectes seront ares, ce qui favorise le dveloppement dune culture bactrienne dgradant la matire organique polluante. Les microorganismes sagglomrent en formant des flocons qui se dposent, et qui seront en partie approximativement 80 pour cent recycls pour acclrer lpuration et liminer la charge bactrienne morte. Les tapes et les instruments dpuration des eaux par boues actives sont les suivants :- Les Prtraitements : Pour liminer les objets tels que les plastiques, les sables, les graisses, qui pourraient nuire la suite du traitement. - Dcanteur primaire (facultatif) : limination de la MES La rtention par dcantation dune fraction importante des MES permet de rduire la taille du bassin daration puisque environ 30 % des matires organiques sont piges par dcantation primaire. - Bassin danarobiose : limination des phosphates Le passage rgulier des bactries par un ouvrage o sont absents loxygne et les nitrates, initie un processus de stockage interne particulier de phosphore permettant la dphosphatation biologique. - Bassin danoxie : limination des nitrates Le retour des nitrates forms en aration dans un bassin dpourvu doxygne (en anoxie) permet aux bactries dutiliser loxygne des nitrates comme source dnergie; elles procdent ainsi la dnitrification qui rsulte en azote gazeux retournant latmosphre.

- Bassins daration : Bassins o la fourniture doxygne est assure, cest l o se passe lessentiel de loxydation de la matire organique, la nitrification de lazote ammoniacal et la capture du phosphore.

- Dcanteur secondaire (clarificateur): Ce dcanteur permet la sparation par dcantation et lextraction des boues en excs, ce qui permet de maintenir une biomasse approprie dans les bassins de traitement, notamment le bassin daration. Le dcanteur secondaire est la base de cette technique dpuration, et une mauvaise dcantation affecte lenvironnement. Le schma suivant reprsente le flow sheet de la station dpuration par boues actives.

1. Rappel des principesLpuration biologique des eaux rsiduaires par le procd des boues actives est principalement base sur lactivit mtabolique de cultures bactriennes maintenues en suspension en tat arobie dans le bassin daration aliment par leau purer.Lefficacit et la fiabilit de lpuration restent troitement dpendantes du bon droulement de la phase de dcantation, celle-ci constituant, en effet, le dernier maillon de la chane de traitement avant rejet au milieu naturel. La sparation boue-eau traite par sdimentation est assure par le dcanteur secondaire ou clarificateur plac laval du bassin daration (figure 1).

Figure 1 Schma gnral du procd de traitement des eaux rsiduaires par boues actives

Toute dfaillance dans lexploitation des ouvrages augmente les risques de dysfonctionnements et, par consquent, diminue les potentialits de la station. Les exemples dans ce domaine sont nombreux, mais il convient simplement de rappeler que pour la conduite dune station dpuration, un personnel bien inform assurant un suivi rgulier reste le meilleur garant de la qualit du traitement.Rappel sur la biologie des boues activesLa boue active est constitue de lensemble floc-eau interstitielle . Le floc dsigne un agglomrat compos de particules (ou dbris) diverses (vgtales, animales, minrales) et de colonies bactriennes.Le liquide interstitiel reprsente dans la plupart des stations la qualit des eaux de sortie. Cest donc un indicateur du niveau de traitement. Ainsi, plus la charge massique est leve, moins le niveau de traitement sera lev et plus leau interstitielle contiendra de bactries disperses.La microfaune est compose danimaux microscopiques nomms protozoaires et mtazoaires (figure 2). Ces organismes participent llimination des bactries libres qui constituent leurs proies et la cohsion du floc par leurs djections. Leur observation au microscope, donne des indications sur la qualit du traitement et peut rvler rapidement dventuelles anomalies de fonctionnement.

Figure 2: Observation microscopique : floc, microfaune et liquide interstitiel

Les bactries peuvent se dvelopper selon trois types de croissance :

Figure 3 : Croissance disperseDisperse : les bactries sont libres les unes par rapport aux autres dans le liquide interstitiel. Cette situation sobserve lors du dmarrage de la station, en condition de forte charge massique. Les nouvelles cellules peuvent se disperser ou bien rester groupes au sein dune colonie structure par un mucilage exoploysaccharidique.

Figure 4 : Croissance floculeFlocule : les bactries sont regroupes en amas, trs souvent autour dun support organique ou minral. La cohsion de lensemble est assure par la production dexopolysaccharides. Ce type de croissance est recherch dans le traitement de leau use.

Figure 5 : Croissance filamenteuseFilamenteuse: lors de la multiplication cellulaire, la sparation des cellules mre et fille na pas lieu en totalit, les cellules mre et fille restent en contact voire partagent une paroi cellulaire. Ce type de croissance, que lon observe galement chez les champignons conduit la formation de filaments pouvant atteindre 500 m de long. Les conditions du milieu sont un facteur dterminant.

les diffrents types de dysfonctionnement1. Les problmes avec bactries filamenteusesLes principaux dysfonctionnements dus aux bactries filamenteuses sur station se manifestent sous deux formes : Le foisonnement: mauvaise dcantation de la boue suite une augmentation du volume occup par celle-ci, Le moussage: formation dune couche paisse de mousse en surface des ouvrages.Les causes sont bien souvent dorigines multiples (conception, exploitation, composition de Leffluent) et le choix des solutions ncessite une analyse globale : conception, fonctionnement et exploitation de la station.i. Le foisonnementLe foisonnement (bulking en anglais) est caractris par un indice de boue suprieur ou gal 200 ml.g-1. Au-del de 150 ml.g-1, des difficults de dcantation apparaissent. Un dveloppement filamenteux important limite fortement les capacits hydrauliques du clarificateur et peut entraner des dparts de boue dans le milieu naturel.Dans la station, le foisonnement est souvent associ : une dtrioration de la qualit du rejet en cas de perte de boue pisodique ou chronique ; un floc lgrement floconneux avec un volume dcant important lors du test de dcantation, qui rend impratif la dilution des chantillons de boue. Lindice de boue est alors suprieur 200 mL.g-1. Lors de lobservation microscopique, on observe une densit importante de microorganismes filamenteux.

Figure 3: Tests de dcantation en prouvettes : effet de la dilution (dilutions successives au demi)ii. Les mousses biologiquesLes mousses forment des amas de flottants trs stables de couleur marron clair fonc et de structure visqueuse. Leur densit tend saccrotre progressivement au cours du temps. Ces mousses sont peu dstructures par une agitation de surface et reforment rapidement. Un tapis uniforme en absence dagitation. Les bulles de gaz favorisent la flottation. Ces flottants constituent un milieu favorable au dveloppement privilgi de certaines bactries filamenteuses responsables de moussage.

Figure 6: Mousse biologique en surface de bassin darationDans ces mousses, lanalyse microscopique rvle trs souvent la prsence importante de bactries filamenteuses associes des flocs ou libres dans leau interstitielle. En rgle gnrale, la densit de ces microorganismes spcifiques est plus leve dans les chantillons de mousse que dans ceux prlevs directement dans les boues.Dans certains cas extrmes, on a calcul que les mousses peuvent reprsenter jusqu 1/3 de la biomasse totale, avec des concentrations en matires sches pouvant atteindre 100 g.l-1, voire des hauteurs dpassant un mtre. Les paramtres de fonctionnement (charge massique) et dexploitation de la station sont alors fortement dgrads par cette situation (diminution du transfert doxygne).Les problmes sans bactries filamenteuses en excsiii. Les mousses de dmarrageCes mousses blanchtres et lgres se dveloppent rapidement ds la mise en service de La station dpuration. Elles disparaissent lorsque la boue active arrive maturit (dbut de floculation, amorce dun traitement carbon et charge massique infrieure 1,5 kg DBO5.kg-1 MVS.j-1). Lefficacit limite (DCO et DBO5 de sortie leve, tensioactifs).Ce problme peut galement survenir lors dun incident majeur : arrive dun toxique ayant provoqu la destruction dune part importante de la biomasse. En rgle gnrale, la situation se normalise rapidement (une deux semaines) lexception des cas les plus graves (toxicit aigu) o les difficults peuvent perdurer.

Figure 7: Mousse blanche de dmarrage en surface de bassin daration.iv. Autres moussesCes mousses, similaires celles de dmarrage, sont souvent lies lutilisation massive de dtergents mme biodgradables (apports industriels), lapport important de matires organiques collodales (sang,) ou larrive dhydrocarbures.

Figure 8: Mousse blanche de dtergents en surface de bassin daration

v. Les matires flottantesCes flottants instables se caractrisent par la prsence de particules de boues non associes des bactries filamenteuses. Un simple arrosage (ou averse de pluie) suffit les rabattre. La couleur est un bon critre de dtermination de leur origine qui peut tre varie (tableau 1).Tableau 2: Couleur des flottants

Il est impratif dvacuer ces flottants instables pour viter de passer une forme stable.vi. Dnitrification Une structure instable facilement dsagrge par lagitation ou par temps de pluie en raison de la prsence de microbulles dazote gazeux produites par le processus de dnitrification au sein des flocs. Une observation microscopique ne rvle pas danomalie particulire (peu de bactries filamenteuses). Ces flottants se forment principalement sur le clarificateur (Figure 9). Ils sont lis une dnitrification insuffisante en amont du clarificateur.

Figure 9: Les raisons de cette installation peuvent tre une sous-charge organique entranant une sur-aration rendant ainsi loxygne disponible pour la nitrification. Le phnomne est aggrav par une temprature leve permettant une croissance rapide des bactries nitrifiantes.vii. Fermentation des boues Ce type de flottants est caractris par une couleur noirtre associe des odeurs dsagrables et un bullage. Leur aptitude flotter sexplique par la prsence de gaz (mthane) gnr par des ractions anarobies de dgradation de la matire organique.Les principales causes dapparition sont : un dfaut de raclage du radier (mauvaise adaptation de la racle au radier ou racle dcroche) ; les zones mortes, sous la goulotte interne du clarificateur ou sur les montants du pont racleur, sur le puits central du clarificateur ou sur le puits de recirculation ; une agitation insuffisante dans certaines zones du bassin (puissance mise en uvre insuffisante) ; une sous-aration importante.viii. Niveau anormal du lit Cette expansion se caractrise par un voile de boue lev dans le clarificateur et peut saccompagner de pertes de boue ponctuelles lors d-coups de charge hydraulique. . Lindice de boue ne rvle pas forcment des valeurs incorrectes mais ncessite de fortes dilutions lors du test en prouvette.Lobservation microscopique montre un floc bien form. La qualit de traitement, hors pisode de perte de boue, est satisfaisante.

Figure Voile de boue haut dans le clarificateur

Les causes sont une combinaison de diffrents facteurs : une concentration en boue trop forte dans le bassin daration ; un dysfonctionnement du poste de recirculation (panne ou dimensionnement trop faible) ; un indice de boue lev et/ou une surcharge hydraulique. un problme de raclage dans le clarificateurQuand la situation perdure, le temps de sjour de la boue dans le clarificateur augmente et devient la cause du dveloppement de bactries filamenteuses.ix. Dfloculation et floc lger La dfloculation est caractrise par une dstructuration du floc et se manifeste par une augmentation de la turbidit de leffluent de sortie. Lors de lobservation microscopique, on observe une microfaune peu nombreuse ou peu diversifie, voire absente (problme de toxiques)Les origines sont donc : lapport de toxiques rejets par certaines industries ; la prsence de fortes concentrations de sel dans le rseau (intrusion deau de mer) ; qui modifie rapidement la pression osmotique dans les bactries* entranant une destruction des cellules par plasmolyse ; des conditions de charges massiques extrmes (trs forte un -coup ou trs faible) ; une nitrification excessive avec chute du pH.Il est possible de combiner diffrentes techniques pour optimiser lefficacit du traitement.Mthodes de lutteAction prventive Devant la complexit des problmes relatifs au foisonnement et face la diversit des options techniques qui peuvent tre utilises, une dmarche pragmatique est ncessaire. Elle doit sappuyer sur les donnes techniques recueillies dans le cadre dune tude pralable comprenant deux phases principales : Caractrisation prcise du problme (diagnostic du foisonnement, type de filaments). Cette caractrisation permet dviter par exemple, la confusion entre foisonnement et dautres mcanismes (par exemple : dnitrification).De plus, une identification prcise du fi lament oriente la recherche du ou des facteurs dclenchant son dveloppement. tude approfondie de la station afin de mettre en vidence les origines supposes du phnomne et dventuels facteurs aggravants (conception, paramtres dexploitation,).Malgr les dlais invitables quils engendrent, ces examens sont les garants de lefficacit long terme de la technique curative choisie. Ce choix doit galement tenir compte de lacuit du phnomne et de son caractre permanent ou occasionnel.x. Rappel des actions sur le rseauLa prsence de sulfures et/ou la mesure de potentiels doxydorductions bas confirment la ncessit de mettre en place des techniques pour amliorer la qualit des eaux traiter.Deux approches sont envisageables : viter lanarobiose dans le rseau par lajout dun oxydant: oxygne (air), peroxyde dhydrogne, nitrates, Traiter les composs issus de lanarobie (sulfures) par prcipitation laide dun sel mtallique ou par stripping avec traitement de lhydrogne sulfur (mise en place dun racteur).xi. Paramtres dexploitation de linstallationUne vrification de lensemble des paramtres cls doit tre ralise avant toute action curative (oxygnation, charge massique, taux de recirculation, temps de sjour dans les ouvrages, puissance dagitation,..). Les valeurs classiques de fonctionnement sont les suivantes : MES infrieure 4 g.l-1 et stabilit de la charge massique; vacuation des flottants de tous les ouvrages; Contrle et vacuation dventuels dpts; Taux de recirculation des boues: proche de 150 % du dbit dentre; Teneur en oxygne dissous suprieure 1 mg.l-1 (traitement du carbone) et suprieure 2 mg.l-1 (traitement de lazote), ( coupler avec le redox); Temps darrt de larateur infrieur 2 heures conscutives; Vitesse au niveau du clifford infrieure 2,5 cm.sec-1 ; Zone de contact bien gre (temps de sjour,) ; Complmentation de leffluent sur les valeurs DBO5/N-NH4+/P-PO43- proche de 100/5/1.

Actions curativesOn constate en gnral que la dtrioration de lindice de boue nest quexceptionnellement brutale et lexprience montre que de nombreuses stations souffrent dun foisonnement latent permanent. Les manifestations aigus ne constituent en fait quune amplification du phnomne li la variation brutale dun des paramtres de fonctionnement de la station (rglages dficients). Dans tous les cas, aprs avoir solutionn le problme aigu, il conviendra de modifier les rglages ou de mettre en place dautres techniques moins contraignantes sur les plans exploitation et conomique.Il est rappel une fois de plus que la premire action est davoir un taux de boue stable et le plus bas possible dans le bassin daration en fonction de la valeur de la charge massique souhaite, bien videmment compatible avec une bonne puration.xii. Lestage ou coagulation-floculation Lestage:Cette technique est base sur lajout de substance de masse volumique leve, le plus souvent minrale, qui sassociant au fl oc bactrien amliore sa dcantation. Cependant, cette solution nest quun palliatif et ne doit tre utilise que sur de courtes priodes. Ceci permet de limiter les pertes de boue pendant la mise en place de solutions durables.Le lestage est intressant pour reconstituer un floc bactrien suite des pertes de boue importantes (modification de la charge massique). De nombreux produits sont disponibles et il conviendra den estimer leur cot conomique et leur efficacit par des essais en jar-test. Coagulation floculation:Cette technique permet le rassemblement des petits flocs et amliore ainsi leur vitesse de sdimentation.Les principales substances utilises sont rassembles dans le tableau suivant :Tableau 10 Liste des produits utiliss pour lester le flocTableau 10 Liste des produits utiliss pour lester le floc

Tableau 10 Liste des produits utiliss pour lester le flocIl est noter que les conditionnements sous forme liquide sont plus faciles mettre en uvre. Leur efficacit nest pas garantie et il est souhaitable de raliser des essais pralables. Le lestage du floc peut aussi tre assur par lajout de boue issue dune station dpuration proche dont lindice de boues est correct (de lordre de 100 ml.g-1 de MES) ou par le bypass dune partie des eaux de ltage primaire (lorsquil y en a un) pour lester le floc par la fraction particulaire issue des eaux brutes.Dans tous les cas, la quantit des filaments prsents nest pas modifie mais lindice de boue est rapidement amlior.Lajout de produits peut engendrer certaines difficults en particulier : Avec des agitations insuffisantes, lajout de produits lestants provoquera des dpts; En cas de dosage trop important, lajout de coagulant pourra diminuer la quantit de nutriments disponibles pour les bactries (prcipitation des ortho-phosphates, par exemple).Il ne faut pas oublier que ladjonction permanente de ractifs induit un accroissement substantiel des charges financires dexploitation (quipements complmentaires, achats de ractifs, augmentation du volume des boues).Il est important de bien tenir compte de laugmentation de la concentration en MES dans le systme non corrle une augmentation des MVS pour grer les extractions. Lutilisation de ces ractifs ncessite le port de lunettes, gants et vtement de protection. Les oxydants:Ces solutions font appel des agents chimiques (oxydants puissants) qui ont entre autres, une action bactricide sur les boues : chlore (eau de Javel), H2O2, acide peractique. Leur ajout entrane en particulier une modification de la structure de la boue par rupture des filaments.Les principales difficults sont lies aux ncessits de surveiller lvolution des paramtres biologiques (indice de boue, observations microscopiques, test azote) et dajuster le traitement en consquence.En revanche, il faut savoir que les rsultats obtenus ne peuvent tre dfinitifs dans la mesure o ces produits nagissent pas sur les causes du foisonnement.Les produits utiliss sont principalement de deux types : Le chlore et ses drivs:Lajout de chlore (le plus souvent sous forme dhypochlorite de sodium) des doses contrles permet de limiter la croissance des bactries filamenteuses. Cette solution ncessite un suivi particulirement attentif, le chlore tant toxique pour lensemble des microorganismes (dont les bactries nitrifiantes). Cette solution, toujours efficace lorsquelle est bien conduite, doit cependant tre rserve aux installations qui peuvent bnficier dun suivi renforc pendant la priode de traitement. Lorsque les flottants dorigine biologique (bactries filamenteuses) sont importants sur les bassins et quils ne sont pas ou difficilement accessibles, une chloration par aspersion peut tre pratique. Elle sera ralise en respectant les rgles de scurit, dans un premier temps sur la mousse qui sera vacue, puis sur la boue au niveau du poste de recirculation. En cas de volume excessif de ces flottants pendant la chloration, ils peuvent tre r-introduits rapidement dans la boue par le rehaussement dun agitateur ou par lutilisation danti-mousse. En revanche, il est impratif de repositionner les agitateurs en fi n de traitement. Leau oxygne (H2O2)Les conditions de mise en uvre sont analogues celles du chlore mais les doses sont nettement plus leves et peuvent atteindre 200 mg H2O2.l-1 au point dinjection. La manipulation de leau oxygne est toute aussi contraignante que celle de lhypochlorite, le temps de contact doit tre plus long (environ dheure) et son prix est nettement suprieur. Il est noter que son application entrane un moussage important, pnalisant fortement lemploi de ce ractif. ce jour, trs peu dexpriences ont t menes en grandeur nature en raison du cot lev du produit. Par ailleurs, linjection de cet oxydant au niveau de la recirculation peut dgrader le traitement biologique du phosphore (anarobie) et de lazote (anoxie) car il apporte une quantit importante doxygne dissous.Le lagunage naturel1. Les mcanismes biologiques en jeuLe lagunage naturel est un procd simple dans sa conception mais complexe dans les processus biologiques mis en jeu. Dans un mme bassin prendront place une sparation physique de la matire minrale et organique particulaire par sdimentation, une dgradation biologique anarobie de la matire organique dans la partie infrieure et une dgradation arobie dans la tranche suprieure o loxygne est apport essentiellement par les algues. La biomasse est donc trs diversifie avec des bactries (anarobies et arobies), des algues et des protozoaires.Ce procd prsente des particularits qui seront dterminantes tant pour sa conception que pour son exploitation et son suivi : Les lagunages naturels sont des systmes trs long temps de sjour (environ deux mois) ce qui implique un temps de rponse lev face des perturbations importantes lentre.Il en rsulte que le calcul des rendements ne peut tre ralis de faon fi able partir des bilans 24 h entre/sortie simultans, et que les interprtations sur dventuels dysfonctionnements doivent prendre en compte lhistorique des priodes prcdant les observations ; Les installations sont fortement soumises linfluence des conditions extrieures: temprature, ensoleillement, vent Certains paramtres comme loxygne et le pH subissent linfluence directe du cycle journalier et de lactivit photosynthtique des algues planctoniques ; lchelle dun bassin le comportement hydrodynamique se rapproche dun mlange intgral (type piston diffusionnel dans les faits).Toutefois la succession des bassins confre aux installations de lagunage naturel un comportement hydrodynamique global proche dun caractre piston. Cependant en labsence dagitation par le vent, une stratification thermique peut stablir mme sur une faible hauteur deau ; Ainsi, sur certaines installations, partir du printemps et jusqu la fi n de lt, les changes entre le fond anarobie et la couche suprieure, sige du dveloppement algal et de lchauffement de temprature, peuvent se rduire fortement. La stratification thermique peut alors provoquer un coulement prfrentiel dans la zone de surface et limiter artificiellement les volumes disponibles pour le traitement des eaux ; La fourniture de loxygne est principalement lie lactivit photosynthtique des algues. Le maintien dune biomasse algale suffi sante tout au long de lanne est donc essentiel pour garantir la prsence dune tranche deau arobie suffi sante et assurer la prennit du traitement en priode hivernale ; Cest un procd o les possibilits dintervention de lexploitant sont trs limites. Cela implique donc que la conception des installations intgre au maximum les contraintes attendues (concentration des effl uents, amplitude des pointes hydrauliques et organiques, tempratures minimales).Les dysfonctionnements observs Changement de couleur et dveloppement de cyanobactriesDes changements progressifs de couleur peuvent intervenir sur les lagunes naturelles certaines priodes de lanne, en particulier lautomne et au printemps. La surcharge organique ou la septicit des effluents traiter en sont gnralement les causes et peuvent entraner la disparition progressive des algues et donc de loxygne. La couleur des bassins peut alors voluer du vert au gris indiquant le passage un fonctionnement exclusivement bactrien en labsence doxygne.La prsence de sulfures rsultant de lanarobiose des couches infrieures favorise le dveloppement de certaines cyanobactries (autotrophes vis--vis du soufre) responsables dune coloration rose. Ces bactries qui se servent des sulfures comme substrat, entrent en comptition avec les algues dans la couche suprieure.Aprs une priode de fonctionnement en anarobiose, lapparition de la coloration rose est lindice dune dystrophie arrivant en phase finale et prcde gnralement une nouvelle phase de croissance algale. En conclusion, la couleur des bassins et surtout leur volution au cours du temps constitue un bon indice pour qualifier ltat biologique des bassins et le niveau de lpuration.Nuisances olfactives Labsence de couche superficielle arobie est lorigine du dveloppement dodeurs rsultant des fermentations anarobies des couches infrieures. Ces phnomnes sont principalement observs en fi n dautomne et en hiver. Ils peuvent tre aggravs par des conditions mtorologiques locales dfavorables au dplacement des masses dair.Prolifration des alguesDes blooms algaux sont observs au printemps et en t comme en tmoigne lvolution de la chlorophylle active sur un cycle annuel type. Cette forte densit algale par ailleurs plutt bnfique sur le plan de loxygne dissous, peut entraner des pointes de DCO sur les chantillons deaux de sortie certaines priodes de lanne.Prolifration de daphniesSur certaines lagunes, notamment celles qui sont sous-charges, on peut observer ponctuellement des dveloppements de daphnies qui consomment le phytoplancton. Ces phnomnes naturels lis aux relations de prdation sont trs limits dans le temps et entranent gnralement une baisse de la turbidit de leau.Apparition de lentilles deauNombre de bassins de lagunage de petite taille, peu chargs, sont concerns un moment ou un autre par une prolifration de lentilles deau ; cela concerne principalement les bassins aval. Le dveloppement de ces vgtaux tant trs rapide, certains bassins se trouvent totalement recouverts en quelques jours. Cette vgtation flottante constitue un obstacle la pntration de la lumire et est trs nuisible au maintien de la population algale assurant loxygnation. Il en rsulte une dgradation du traitement et notamment un accroissement de la concentration en azote ammoniacal en sortie.La matrise de la prolifration de ces vgtaux peut seffectuer soit par la sdentarisation de canards sur linstallation soit par lusage dun inhibiteur chimique agr, dpos sur les berges. En tout tat de cause, lenlvement rgulier des lentilles est indispensable.Flottants et dgraisseur, surcharge en tteLa prsence de flottants sur les lagunes est due la mauvaise conception de la cloison siphode dentre servant les retenir. Mme si les flottants semblent ne pas affecter le fonctionnement du systme, leur impact visuel est trs dfavorable lopinion du public sur cette filire de traitement. Laccumulation importante de boues en tte de lagunage (par exemple dans un dgraisseur mal conu) peut favoriser des phnomnes de fermentation en tte de bassin, initiateurs de dysfonctionnements.Maintien dun niveau deau minimal dans les bassinsLe non respect des normes de permabilit pour ltanchit des bassins, ventuellement associ une forte vaporation, peut limiter la hauteur deau atteinte dans les bassins. Cela peut entraner leur remplissage partiel et maintenir une hauteur deau trop faible qui empche les coulements dun bassin vers le suivant et favorise alors limplantation de vgtaux suprieurs non souhaits. Dans les cas extrmes dvaporation/concentration, une sursaturation en sel peut bloquer toute activit biologique.Les problmes biologiques particuliers1. Arrive deffluents septiquesUne alimentation issue dun long refoulement engendre une septicit des effluents nfaste au bon fonctionnement du lagunage naturel, en particulier, lors des priodes de dstabilisation du processus biologique (par exemple, priode automnale de dstratification thermique et baisse densoleillement). La septicit des effluents bruts cre en tte de bassin une zone anarobie entranant progressivement la disparition de la biomasse algale sur lensemble du bassin.Pour le traitement ventuel de la septicit, on privilgiera les traitements par injection dair plutt que les traitements physico-chimiques qui peuvent avoir des consquences dfavorables sur le maintien des populations algales dans le lagunage ainsi quun envasement rapide de la lagune de tte.Les autres solutions curatives consistent effectuer une micro-aration en tte de bassin avec des turbines flottantes de faible puissance (nentranant surtout pas le mlange complet sur toute la hauteur deau ni la remise en suspension des sdiments), ou recycler en tte de la premire lagune leau des derniers bassins plus riche en biomasse algale et en oxygne dissous.1. Nitrification et dnitrificationLa nitrification ne peut tre estime par la seule mesure des nitrates en sortie et cest donc un bilan sur lazote limin qui peut tre tabli. Le meilleur facteur dapprciation de labattement de lazote restera donc la concentration en NNH4+ en sortie.1. Impact de la masse de boue prsenteLa prsence dune masse de boue accumule importante nest gnralement pas lorigine de dysfonctionnements tant que la hauteur de boue ne dpasse pas environ le tiers de la hauteur deau. La boue stocke est en principe trs stabilise ; cependant, aprs cinq dix annes sans enlvement des boues, les abattements en phosphore ont tendance diminuer en raison de phnomnes de relargage (anarobiose).LES LITS BACTERIENS1. Les mcanismes biologiques et hydrauliques en jeuLes lits bactriens sont des racteurs biologiques dans lesquels la culture microbienne se dveloppe en pellicule (biofilm) sur un matriau support inerte qui mnage de larges espaces libres. Les eaux purer ruissellent par gravit sur le biofilm microbien et laration est assure naturellement par la circulation de lair dans les interstices libres du matriau support.Les lits bactriens appartiennent donc la famille des systmes biomasse fixe dont le matriau support est immobile.Le biofilm se dveloppe en profondeur en conditions anarobies, tandis que la zone superficielle, dpaisseur constante (0,1 0,2 mm) est en condition arobie. La force rosive de leau ruisselante, dcroche une partie de ce biofilm assurant ainsi une vacuation rgulire de la biomasse.Ce procd a t le premier systme biologique dvelopp ds la fi n du 19e sicle en Grande-Bretagne. Bien quayant subi de nombreuses modifications et amliorations au fil des annes, certains aspects de son fonctionnement restent encore difficiles interprter et demanderaient des recherches complmentaires. On retiendra un certain nombre de particularits qui doivent tre prises en compte dans lanalyse de son fonctionnement.1. Prtraitement et traitement primaire en amont du lit bactrienDans le cas gnral, une dcantation primaire pour liminer les MES est ncessaire (ou un tamisage adapt au dispositif dalimentation et au pourcentage de vide du matriau). Temps de contact eau use biomasse et temps de Rponse Du systmeLe temps de contact entre leau use et la biomasse lors dun passage va de quelques dizaines de secondes quelques minutes et dpend de la charge hydraulique applique ([Qentre + Qrecyclage]/surface horizontale lit), du type de matriau de garnissage et de la hauteur du lit. Face des modifications de rglage hydraulique, le temps de rponse et de stabilisation des performances du racteur peut tre trs long et atteindre plusieurs mois.Cela sexplique par des phnomnes soit de stockage de biomasse au sein du matriau soit de dcrochage en lien avec une volution du comportement hydrodynamique. Biomasse et aration:La particularit des lits bactriens est que lon ne peut estimer la quantit de biomasse prsente dans le racteur. Ainsi, les charges organiques appliques sont exprimes par rapport au volume de matriau ou par rapport une surface de support dveloppe. Lcologie du biofilm est trs diversifie et loxygne ne pntre que sur quelques centaines de microns dpaisseur. Laration est donc rarement un facteur limitant. noter que le tirage dair est dautant plus efficace que la diffrence de temprature entre lintrieur du lit et lair extrieur est importante. Taux de recyclage:Dans la plupart des installations, leffluent trait subit un retour en amont du lit ou parfois, directement en tte de ce dernier. Ce recyclage permet en particulier daugmenter la surface accessible au fluide et daugmenter le temps de contact avec la biomasse. Au-del dun taux de recyclage de 4 5, aucune amlioration du traitement nest gnralement observe.Le recyclage direct du mlange eau + boues est possible seulement avec des matriaux plastiques mais la prsence de taux levs de MES rduit lefficacit du racteur et pourrait mme le colmater. Contrairement aux boues actives, la boue nest pas recycle dans les configurations conventionnelles de lits bactriens. Charge hydraulique et force dirrigationDeux paramtres hydrauliques rgissent le fonctionnement des lits bactriens : La charge hydraulique exprime en m.h-1 (pour une unit de surface) qui correspond la vitesse superficielle; La force dirrigation Sk (mm.tour-1.bras-1) qui correspond la quantit deau apporte chaque passage de bras du sprinkler.Ainsi, pour une mme charge hydraulique, selon la vitesse de rotation du sprinkler diffrentes forces dirrigation sont appliques. Une vitesse lente, (par motorisation du sprinkler ou par lajout de brise-jets ou de jets inverss) induit une augmentation de la force dirrigation provoquant une rosion (autocurage) plus forte de la biomasse et donc une diminution de lpaisseur du biofilm.1. Les dysfonctionnements observs sur terrain Une fois le volume du racteur dfi ni, les actions possibles sur le fonctionnement sont principalement lies aux conditions hydrauliques et hydrodynamiques : bonne rpartition de larrosage, charge hydraulique applique, valeur de Sk impose.Des prtraitements efficaces et fiables sont essentiels pour limiter les bouchages de buses et garantir une bonne rpartition de larrosage, surtout en labsence de dcanteur primaire.1. Les phnomnes les plus couramment observsLe premier risque encouru est celui du colmatage partiel de certaines zones, entranant des accumulations deau en surface (ponding) et rduisant le volume utile du racteur et donc son efficacit. Ces phnomnes sobservent avec des matriaux type cailloux traditionnels.Ils peuvent rsulter : dune mauvaise calibration et/ou dune mdiocre qualit du matriau ; dune mise en place peu soigne (prsence de fines dans le matriau), de prtraitements inefficaces ; dune surcharge organique favorisant le colmatage par croissance excessive du biofilm ; ou dune rpartition hydraulique dfaillante (zones de passages prfrentiels).Le dveloppement dodeurs peut intervenir si les effluents alimentant le lit sont septiques, par exemple en prsence dun dcanteurdigesteur mal conu ou dune aration mal dimensionne. Un tirage dair trop faible peut aussi tre lorigine de ce phnomne, surtout lorsque les tempratures du lit et de lair extrieur deviennent voisines.Compar aux boues actives, le lit bactrien est moins sensible aux toxiques en raison, dune part, dun temps de contact court entre les eaux uses et la biomasse et dautre part, dun effet protecteur du biofilm. Il est aussi moins sensible aux -coups de charge.Des variations saisonnires de rendement peuvent tre observes. Suivant la nature du matriau de garnissage, la sensibilit la temprature extrieure peut tre importante et agir sur les rendements. Par ailleurs, des phnomnes de dcrochage de la biomasse peuvent intervenir certaines priodes en dehors de modifications des conditions hydrauliques. Dans certains cas, au printemps des remontes de boues peuvent tre dues au fait que les Chironomes, prsents sur le site quittent leurs abris tubulaires construits avec les boues dposes au fond du clarificateur.1. Lanalyse des problmes de dysfonctionnementPour analyser les causes ventuelles de dysfonctionnement, il convient de disposer dchantillons reprsentatifs de lentre relle du lit (aval dcanteur primaire) et dchantillons prlevs directement en sortie de lit et aprs dcantation de deux heures et filtration. La sparation des boues doit se faire rapidement pour viter, en particulier, les phnomnes de dnitrification.Le tirage dair est gnralement trs difficilement mesurable et la bonne oxygnation pourra tre value par mesure de loxygne dissous dans des chantillons prlevs le plus prs possible du plancher supportant le matriau.Des techniques pour amliorer la qualit des eaux traitesUne des caractristiques des lits bactriens est de produire aprs clarification des effluents relativement turbides, les MES rejetes dgradant la qualit des eaux traites. Une solution pour permettre une meilleure sparation des MES est de faire prcder le clarificateur final dun racteur ar dun volume maximum correspondant au dbit horaire dalimentation du lit. Ce racteur, modrment agit (temps de sjour est de 30 60 mn), a pour objectif de favoriser la floculation des boues et de rduire la turbidit des eaux de sortie (assimilation de la fraction particulaire de la DBO5).La rsolution des problmes rencontrs sur les lits bactriens rside peu dans la biologie des boues mais essentiellement dans la conception gnrale de louvrage (hauteur, nature matriau, ) et dans les conditions hydrauliques appliques.

CONCLUSION

Les mthodes d'puration biologique sont des solutions bien adaptes pour traiter un effluent urbain essentiellement charg de matires organiques, azote et phosphore. Quel que soit le procd choisi il reste d'un cot d'exploitation plus faible que les procds chimiques et prsente, en plus, le gros avantage de ne pas ncessiter d'apport de ractif. Cependant les microorganismes sont trs dpendants du milieu dans lequel ils se dveloppent. Les variations des caractristiques physico-chimiques de l'effluent entranent une modification de la faune qui s'y dveloppe et donc de la qualit de l'eau rejete dans le milieu. Pendant longtemps les grants de station vivaient assez bien avec cette variabilit. Aujourd'hui les lois imposent des rejets de plus en plus stricts et ce n'est certainement pas avec la nouvelle loi sur l'eau, qui est attendue avec impatience par les professionnels, que les choses vont s'assouplir. La gestion des stations biologiques est donc de plus en plus une histoire de professionnels comptents et qualifis, capables de ragir rapidement face un incident biologique et de mettre en place les solutions adquates. Pour s'affranchir durablement de ces incidents il est important, dans la mesure du possible, d'agir ds la conception de la station. Le choix de la mthode ne doit pas s'effectuer uniquement sur des considrations techniques, il est important de prendre en compte les performances du systme par rapport la qualit de l'influent. Lorsqu'une station en place est en proie des incidents biologiques de faon chronique, on peut envisager de modifier la conception de la station. Parfois de petits amnagements peuvent suffire rgler le problme et permettre un rejet d'eau pure, de bonne qualit. Des systmes plus sophistiqus ont aussi t imagins tel que l'ensemencement avec des souches de bactries gntiquement modifies ou la mise au point de mthodes de filtration. Ces techniques sduisantes, restent mal matrises dans le domaine de l'puration, mais devraient se dvelopper dans les annes venir.

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