guide d_أ©puration

8/14/2019 guide d_puration

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ADAPTSAUXPETITES

ET MOYENNESCOLLECTIVITS(500-5000 eq-hab)

PROCDS

EXTENSIFS

DPURATIONDES EAUX

USES

G

UID

E

Mise en uvre

de la directive du Conseil

n 91/271 du 21 mai 1991

relative au traitement

des eaux urbaines rsiduaires

Commission Europenne


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Fer de lance de la politique environnementale de lEurope, le dveloppement durable implique pour lhom-me une matrise de ses rejets domestiques et urbains, avec des techniques aussi naturelles et peu gour-mandes en nergie que possible. La Directive eaux urbaines rsiduaires du 21 Mai 1991, et tout rcem-ment la Directive-cadre sur leau,sont venues rappeler la ncessit dun traitement appropri de ces rejetsdans lobjectif dun bon tat cologique de nos eaux.

La France sest dote dans les annes 70 dune politique ambitieuse dassainissement urbain et rural sou-tenue financirement par les Agences de lEau . Elle compte aujourdhui 15 500 stations dpuration dontplus de 6 000 ont une taille infrieure 2 000 quivalent-habitants, souvent quipes de procds exten-sifs de traitement du fait de leurs faibles contraintes techniques et financires et de leur bonne intgra-tion cologique.Vu la varit de ses terroirs, elle dispose dun champ dexpriences dans pratiquementtoutes les situations existant en Europe sur les plans climatique et gographique mais aussi en terme decaractristiques des sols.

De son ct, la Direction Gnrale Environnement de la Commission Europenne souhaitait tirer lesleons, et si possible des outils de conseil et dchange lusage des petites collectivits, dexpriencessimilaires menes travers lUnion, dont certaines soutenues dans le cadre doprations Life-

Environnement.

Dans ce contexte, la valorisation de ces expriences travers une collaboration entre la DGEnvironnement de la Commission Europenne, et ct franais, la Direction de lEau du ministre delAmnagement du Territoire et de lEnvironnement et les Agences de lEau, est une ide qui a germ aucours de la rcente prsidence franaise. Le prsent guide reprsente le fruit du travail engag depuis lors.

Nous formulons le voeu quil apporte une aide utile aux lus et aux responsables des services techniquesdes petites et moyennes agglomrations europennes afin que ces dernires dterminent leurs choix surles meilleures bases techniques et financires possibles, dans un souci dintgration cologique et de dve-loppement durable.

Ce guide pourra ainsi tre une illustration, parmi dautres,de lesprit du 6e Programme dAction Europenpour lEnvironnement 2001-2010 : Notre Avenir, Notre Choix.

P

RFAC

E

De nombreuses autres informations sur lUnion europenne sont disponibles sur Internetvia le serveur Europa (http://europa.eu.int).

Une fiche bibliographique figure la fin de louvrage.

Luxembourg : Office des publications officielles des Communauts europennes, 2001

ISBN 92-894-1690-4

Office International de lEau, 2001 (http://www.oieau.org)Toute forme de reproduction, intgrale ou partielle est interdite sans autorisation de lauteur.Toute traduction, intgrale ou partielle est interdite sans autorisation de lditeur.

Printed in France- IMPRIM SUR PAPIER BLANCHI SANS CHLORE

Prudencio PERERADirecteur

Qualit de lEnvironnement

et des Ressources NaturellesCommission Europenne

Bernard BAUDOTDirecteur de lEau

Ministre de lAmnagement

du Territoire et de lEnvironnementFRANCE


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SOM

MA

IRE

Jean-Marc BERLAND (OIEau), Catherine BOUTIN (CEMAGREF), Pascal MOLLE (CEMAGREF) et Paul COOPER (Consultant indpendant)ont assur la rdaction de ce guide.

Jean-Antoine FABY (OIEau), Philippe DUCHENE (CEMAGREF),

Pascal MAGOAROU (Commission Europenne) et Jean DUCHEMIN (Commission Europenne)

ont assur le suivi scientifique et technique de ce travail.

P a g e

POURQUOI CE GUIDE ? 2

LE CADRE RGLEMENTAIRE ET LIMPULSION DONNE 3PAR LUNION EUROPENNE

POUR LA CONSTRUCTION DINFRASTRUCTURES DE COLLECTEET DE TRAITEMENT DES EAUX URBAINES RSIDUAIRES

Les chances 3 Les performances atteindre pour rpondre aux exigences de la directive 3

LES TECHNIQUES UTILISABLES 4POUR ATTEINDRE LES PRESCRIPTIONS DE LA DIRECTIVE

Les techniques intensives classiques 4 Lits bactriens

Disques biologiques Boues actives

Avantages et inconvnients des diffrentes filires intensives

Les techniques extensives 8 PROCDS EXTENSIFS : FICHES TECHNIQUES 9

Les cultures fixes sur support fin 9 Fonctionnement : mcanismes en jeu Linfiltration-percolation sur sable

Les filtres plants coulement vertical Les filtres plants de roseaux coulement horizontal

Cultures libres 16 Fonctionnement : mcanismes en jeu

Lagunage naturel Lagunage macrophytes

Lagunage ar

CONCLUSIONS : LMENTS POUR LES CHOIX TECHNIQUES 23

Rsum des diffrentes filires extensives 23 Qualit des rejets 23

Avantages et inconvnients : rcapitulatif 24

Limportance du facteur climatique 25

Arbre de dcision 25

Les cots 26

Un atout pour les procds extensifs : lapport paysage et nature 26

ANNEXES : LES TUDES DE CAS 27

Infiltration percolation : 27Un cas particulier, linstallation de Mazagon (Espagne)

Infiltration percolation : 29Une installation classique, le cas de Souillac Paille-Basse (France Dpartement du Lot)

Filtres plants coulement vertical : 30Lexprience de NEA Madytos Modi (Grce)

Systme hybride : 32(filtres plants coulement vertical et filtres plants coulement horizontal)

Cas de Oaklands Park, Newnham-on-Severn, Gloucestershire (Royaume-Uni)

Lagunage naturel : 34Cas de linstallation de Vauciennes (France - Dpartement de lOise)

Lagunage ar : 36Cas de linstallation dAdinkerke (Belgique)

GLOSSAIRE 38

RFRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 40


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POURQUOICE GUIDE ?

L'un des rles de la Commission est d'aider les responsables techniques des agglomrations de taille comprise entre500 EH et 5.000 EH (quivalent habitant cf. glossaire) mettre en uvre la directive du Conseil n91/271 du 21 mai1991 relative au traitement des eaux urbaines rsiduaires (cf. glossaire) d'ici fin 2005.En effet, les agglomrationsde moins de 2000 EH disposant d'un rseau de collecte, doivent, elles aussi, mettre en place un trai-

tement appropri [Article 7 de la directive Eaux Rsiduaires Urbaines, (cf. glossaire)]. Une action desensibilisation et d'information est d'autant plus ncessaire que les municipalits et autorits locales concernes, res-ponsables de la ralisation des quipements sont moins bien structures, organises et quipes que celles des plusgrosses agglomrations.

La Direction Gnrale Environnement de la Commission aide la mise au point et la production de dispositifsadapts extensifs pour ces agglomrations notamment, via l'instrument financier LIFE-Environnement. Cet outil apour objectif de faciliter la mise en uvre de la directive par le dveloppement d'actions de dmonstration et detechnologies innovantes adaptes aux problmes environnementaux rsoudre. Par ailleurs, la Direction GnraleEnvironnement soutient la diffusion de ces techniques, via le dveloppement de conseils et d'changes techniques.Ce document et le dveloppement d'aides tels que les fonds structurels et fonds de cohsion en sont des exemples.

Ce guide ne fera qu'voquer les techniques intensives et se focalisera, avant tout, sur les techniques extensives detraitement. Ces dernires occupent, par dfinition, plus de surface que les procds intensifs classiques dvelopps

pour les grandes agglomrations. Cependant, les cots d'investissement des procds extensifs sont gnralementinfrieurs et les conditions d'exploitations de ces procds extensifs sont plus lgres,plus souples et plus conomesen nergie. Enfin, ces techniques ncessitent une main d'uvre moins nombreuse et moins spcialise que les tech-niques intensives.

Elles sont applicables dans les diffrentes configurations europennes ne dpassant pas les quelquesmilliers d'quivalents habitants. Il faut bien garder l'esprit en lisant cet ouvrage que les techniquesque nous allons aborder ne sauraient tre utilises pour des capacits suprieures 5.000 EH que demanire exceptionnelle.

Aprs un rappel des objectifs atteindre par les petites et moyennes agglomrations (cf. glossaire) et une prsen-tation rapide des diffrentes filires dites intensives, nous dcrirons plus en dtail les diffrentes techniques exten-sives.

PROCDS EXTENSIFS DPURATION2

POUR

QUOI

CEGUIDE?


5/44PROCDS EXTENSIFS DPURATION3

LE CADRE RGLEMENTAIREET L'IMPULSION DONNE PAR L'UNION

EUROPENNE POUR LA CONSTRUCTIOND'INFRASTRUCTURES DE COLLECTE

ET DE TRAITEMENT DES EAUX URBAINES

RSIDUAIRESLes chances

La directive du Conseil du 21 mai 1991 relative au traitement des eaux urbaines rsiduaires (cf. glossaire) constituel'une des pices matresses de la politique environnementale de l'Union Europenne.

L'une des principales dispositions de ce texte est l'obligation, pour les agglomrations (cf. glossaire), de mettre enplace un systme (cf. glossaire) de collecte des eaux uses obligatoirement associ un systme de traitement deseaux uses.

Le respect de ces obligations est progressif. Il s'agit d'quiper : avant le 31 dcembre 1998, les agglomrations de plus de 10.000 EH rejetant leurs effluents dans une zone sen-

sible ; avant le 31 dcembre 2000, les agglomrations de plus de 15.000 EH qui ne rejettent pas leurs effluents dans des

zones sensibles ;

avant le 31 dcembre 2005, les agglomrations de 2.000 EH 10.000 EH ou de 2.000 EH 15.000 EH nonconcernes par les chances de 1998 et de 2000.

En ce qui concerne l'chance de 2005, la directive oblige les agglomrations de 2.000 EH 10.000 EH qui rejettentdans une zone sensible,et jusqu' 15.000 EH pour celles qui ne rejettent pas leurs effluents en zone sensible, mettreen place un systme de collecte et de traitement secondaire (cf. glossaire) (pour les rejets en eau douce ou en estuai-re) ou un systme de collecte et de traitement appropri (pour les rejets en eaux ctires).

Nanmoins, la directive permet, lorsque l'installation d'un systme de collecte ne se justifie pas, soit parce qu'il neprsente pas d'intrt pour l'environnement, soit parce que son cot est excessif, de mettre en place des systmesd'assainissement individuels ou d'autres systmes appropris assurant un niveau identique de protection de l'envi-ronnement.

Par ailleurs, l'obligation de mettre en place un traitement ne se limite pas aux agglomrations de plus de 2.000 EH.Il est prcis, dans la directive, que les agglomrations de moins de 2.000 EH, ayant un systme de collecte, mettenten place un traitement appropri de leurs effluents avant le 31 dcembre 2005.

Les performances atteindre pour rpondre aux exigences de la directive

Les prescriptions instaures par la directive Eaux Rsiduaires Urbaines pour agglomrations comprises entre 2.000et 10.000 EH sont rsumes dans les deux tableaux suivants.

Tableau n1 : Prescriptions relatives aux rejets provenant des stations d'puration d'eaux urbainesrsiduaires et soumises aux dispositions de la directive du 21 mai 1991 (1)

Paramtres Concentration Pourcentage minimal de rduction(2)

Demande biochimiqueen oxygnesans nitrification(3)

[DBO5 20C(cf. glossaire)]

25 mg/l O2 70-90 %

Demande chimiqueen oxygne[DCO (cf. glossaire)]

125 mg/l O2 75 %

Total des matires solidesen suspension[MES (cf. glossaire)]

35 mg/l(3)

35 mg/l en zone de hautemontagne pour les agglomrationsde plus de 10.000 EH.

60 mg/l en zone de hautemontagne pour les agglomrationsdont la taille se situe entre2.000 et 10.000 EH.

90 %(3)

90 % en zone de haute montagne pour lesagglomrations de plus de 10.000 EH.

70 % en zone de haute montagne pour les

agglomrations dont la taille se situe entre2.000 et 10.000 EH.

(1) La valeur de concentration ou le pourcentage de rduction peuvent tre choisis indiffremment.(2) Rduction par rapport aux valeurs l'entre(3) Cette exigence est facultative


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Une exception est faite pour le lagunage. En effet, les analyses des rejets provenant de ce type d'installation doiventtre effectues sur des chantillons filtrs.Toutefois, la concentration du total des matires solides en suspensiondans les chantillons d'eau non filtre ne doit pas dpasser 150 mg/l.

Paramtres Concentration Pourcentage minimal de rduction(2)

Phosphore total 2 mg/l (EH compris entre 10.000 et 100.000)(4) 80 %

Azote total(3) 15 mg/l (EH compris entre 10.000 et 100.000)(4) 70-80 %

(1) En fonction des conditions locales, on peut appliquer un seul paramtre ou les deux. De plus, il est possible d'appliquer la valeurde concentration ou le pourcentage de rduction.(2) Rduction par rapport aux valeurs l'entre.(3) Total de l'azote dos selon la mthode de Kjeldahl (cf. glossaire), de l'azote contenu dans les nitrates et de l'azote contenu dans lesnitrites.(4) Ces valeurs de la concentration sont des moyennes annuelles.Toutefois, pour l'azote, il peut tre utilis des moyennes journalireslorsqu'il peut tre prouv que le mme niveau de protection est obtenu. Dans ce cas, la moyenne journalire ne peut pas dpasser 20mg/l d'azote total pour tous les chantillons, quand la temprature de l'effluent dans le racteur biologique est suprieure ou gale 12C. La condition concernant la temprature peut tre remplace par une limitation du temps de fonctionnement, tenant comptedes conditions climatiques rgionales.


LES TECHNIQUES UTILISABLESPOUR ATTEINDRE LES PRESCRIPTIONSDE LA DIRECTIVE

Les techniques intensives classiques

Les techniques les plus dveloppes au niveau des stations d'puration urbaines sont des procds biologiques inten-sifs. Le principe de ces procds est de localiser sur des surfaces rduites et d'intensifier les phnomnes de trans-formation et de destruction des matires organiques que l'on peut observer dans le milieu naturel.

Trois grands types de procds sont utiliss :

les lits bactriens et disques biologiques ; les boues actives ; les techniques de biofiltration ou filtration biologique acclre.

Lit bactrien

Le principe de fonctionnement d'un lit bactrien consiste faire ruisseler les eaux uses, pralablement dcantessur une masse de matriaux poreux ou caverneux qui sert de support aux micro-organismes (bactries) pura-teurs (cf. schma ci-dessous).

Une aration est pratique soit par tirage naturelsoit par ventilation force. Il s'agit d'apporterl'oxygne ncessaire au maintien des bactriesarobies en bon tat de fonctionnement. Lesmatires polluantes contenues dans l'eau et l'oxy-gne de l'air diffusent, contre courant, traversle film biologique jusqu'aux micro-organismesassimilateurs. Le film biologique comporte desbactries arobies la surface et des bactriesanarobies prs du fond. Les sous-produits et legaz carbonique produits par l'puration s'va-

cuent dans les fluides liquides et gazeux (Satin M.,Belmi S - 1999).

PrtraitementLit bactrien

Sprinkler

Ouies daration

Garnissage

Caillebotis

Dcanteur secondaire

RecirculationRejet

Figure n 1 : Synoptique d'une station d'puration comportant un lit bactrien(d'aprs site internet de Cartel : http://www.carteleau.org - rubrique guide des services)

Tableau n2 : Prescriptions relatives aux rejets provenants des stations d'puration des eauxurbaines rsiduaires et effectues dans des zones sensibles sujettes eutrophisation (cf. glossaire)(1)



Objectifde rejet

Hauteurde matriauminimum (m)

Tauxde recirculationminimum

Charge orga-nique maximum(kg DBO5/m

3.j)

Typede garnissage

Chargehydrauliqueminimum (m/h)

35 mg DBO5/l 2,5 20,7Traditionnel 1

2,5 2,50,4Traditionnel 0,7

4 20,7Plastique 2,2

25 mg DBO5/l

5 2,50,4Plastique 1,8

Disques biologiquesUne autre technique faisant appel aux cultures fixes est constitue par les disques biologiques tournants (cf. sch-mas ci-dessous)

Les micro-organismes se dveloppent et forment un film biologique purateur la surface des disques. Les disquestant semi-immergs, leur rotation permet l'oxygnation de la biomasse fixe.

Il convient, sur ce type d'installation, de s'assurer :

de la fiabilit mcanique de l'armature (entranement dmarrage progressif, bonne fixation du support sur l'axe), du dimensionnement de la surface des disques (celui-ci doit tre ralis avec des marges de scurit impor-

tantes).

Prtraitements

Disques biologiquesDcanteurDigesteur

RecirculationRejet

Figure n 2 : Synoptique d'une station d'purationcomportant un disque biologique(d'aprs site internet de Cartel :http://www..carteleau.org - rubrique guide des services)

Figure n 3 : Schma de principed'un disque biologique

Dcanteursecondaire

Air (oxygnation)

Adsorption

Tableau n4 : Le dimensionnement des disques biologiques(Source : Document technique FNDAE n22)

Objectif de rejet Charge organique appliquer (aprs dcantation primaire)

35 mg DBO5/l 9 g DBO5/m2.j

25 mg DBO5/l 7 g DBO5/m2.j

Ainsi, pour une filire type 1.000 EH et en appliquant une charge organique de 9 g DBO5/m2.j, la surface dve-

loppe utile est de 3900 m2.

D'autres procds cultures fixes, tels que les biofiltres, sont plutt adapts aux plus grandes collectivits bnfi-ciant de gros moyens techniques et humains et souffrant d'une pression foncire trs leve. Par consquent, ils neseront pas dtaills dans ce guide.

Tableau n3 : Le dimensionnement des lits bactriens(Source : Document technique FNDAE n22)


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Le procd boues actives consiste mlanger et agiter des eaux uses brutes avec des boues actives liquides,bactriologiquement trs actives. La dgradation arobie de la pollution s'effectue par mlange intime des micro-organismes purateurs et de l'effluent traiter. Ensuite, les phases eaux pures et boues puratrices sont spa-res (Agences de l'Eau - 1999).

Une installation de ce type comprend les tapes suivantes :

les traitements prliminaire et, ventuellement, primaire ; le bassin d'activation (ou bassin d'aration) ; le dcanteur secondaire avec reprise d'une partie des boues ; l'vacuation des eaux traites ; les digesteurs des boues en excs provenant des dcanteurs.

Le dimensionnement du bassin d'aration s'effectue comme suit, dans le cas dune aration prolonge (Document

technique FNDAE n22) : Charge massique : 0,1 kg DBO5/kg MES.j ; Charge volumique : 0,35 kg DBO5/m

3.j ; Concentration de boues : 4 5 g MS/l ; Temps de sjour : 24 heures environ ; Besoins en O2 : de l'ordre 1,8 kg O2/kg DBO5 limine ; Puissance de brassage :

3 10 W/m3 pour les brasseurs ;

10-20 W/m3 pour les systmes d'aration de fines bulles d'air.

Une boue active aration prolonge permet d'liminer 95 % de la DBO5.


Boues actives

Le principe des boues actives rside dans une intensification des processus d'auto-puration que l'on rencontredans les milieux naturels (cf. schma ci-dessous).

Figure n 4 : Synoptique d'une boue active - aration prolonge(d'aprs site internet de Cartel : http://www..carteleau.org - rubrique guide des services)

Prtraitements

Arateur

Recirculation

Rejet

BASSINS DARATION DCANTEUR SECONDAIRE

Eautraite

Extraction des boues



Nota Bene : Le faible rendement microbiologique des systmes intensifs (abattement d'un coefficient compris entre 10 et 100, contre1000 10 000 pour certains filtres sable et lagunes extensifs), peut tre problmatique en cas d'usage sanitaire des eaux l'aval

proche (boisson, irrigation, baignade, conchyliculture...). Il est dans ces cas l parfois ncessaire de s'orienter vers une filire extensiveou d'utiliser une telle technique en traitement de finition y compris pour les grandes capacits de plusieurs milliers dEH (cf arbre dedcision en page 25).

Les avantages de ces techniques font qu'elles rencontrent un grand succs auprs de l'ensemble des agglomrations.

Autre atout, en particulier pour les boues actives, elles font l'objet de recherches assez pousses de la part desgrands groupes de l'eau et l'on peut trouver facilement des publications dtailles relatives leur dimensionnementet aux innovations permettant d'amliorer les rendements sur tel ou tel paramtre.Nanmoins les lits bactriens etles disques biologiques restent, si on respecte les rgles de dimensionnement voques prcdemment, des tech-niques particulirement adaptes aux petites agglomrations car elles prsentent des cots d'exploitation bienmoindres :

beaucoup moins d'nergie consomme (jusqu' cinq fois moins par rapport une boue active), ncessit d'un personnel moins nombreux pour la conduite de ce type de station rustique ...

Ces techniques peuvent tre utilises en combinaison avec des filires extensives. En particulier, les stations consti-tues d'un disque biologique ou d'un lit bactrien, suivies d'une lagune de finition, peuvent permettre d'obtenir desrejets d'excellente qualit (limination des nutriments, fort abattement des germes pathognes).

Nous ne dtaillerons pas plus les filires intensives au sein de ce guide. En revanche nous nous attacherons dcri-re des techniques moins connues savoir les techniques extensives d'puration.

Par ailleurs, ce guide s'intressant l'puration des agglomrations et des industries raccordes, nous n'aborderonspas les techniques spcifiques l'assainissement autonome (fosses septiques avec pandage ou lit filtrant, fosse d'ac-cumulation...).

Filire Avantages Inconvnients

Lit bactrienet disque biologique

faible consommation d'nergie ; fonctionnement simple demandant moins

d'entretien et de contrle que la tech-

nique des boues actives ; bonne dcantabilit des boues ; plus faible sensibilit aux variations de

charge et aux toxiques que les boues acti-ves ;

gnralement adapts pour les petites col-lectivits ;

rsistance au froid (les disques sont toujours protgs par des capots ou par unpetit btiment).

performances gnralement plus faiblesqu'une technique par boues actives. Celatient en grande partie aux pratiques

anciennes de conception. Un dimension-nement plus raliste doit permettre d'at-teindre des qualits d'eau traite satisfai-santes ;

cots d'investissement assez levs (peu-vent tre suprieurs d'environ 20 % parrapport une boue active) ;

ncessit de prtraitements efficaces ; sensibilit au colmatage ; ouvrages de taille importante si des objec-

tifs d'limination de l'azote sont imposs.

Avantages et inconvnients des diffrentes filires intensives

Boue active adapte pour toute taille de collectivit(sauf les trs petites) ;

bonne limination de l'ensemble des para-

mtres de pollution (MES,DCO,DBO5, Npar nitrification et dnitrification) ; adapt pour la protection de milieux

rcepteurs sensibles ; boues (cf. glossaire) lgrement stabilises ; facilit de mise en uvre d'une dphos-

phatation simultane.

cots d'investissement assez importants ; consommation nergtique importante ; ncessit de personnel qualifi et d'une

surveillance rgulire ; sensibilit aux surcharges hydrauliques ; dcantabilit des boues pas toujours aise

matriser ; forte production de boues qu'il faut

concentrer.

Tableau 5 : Avantages et inconvnients des filires intensives(d'aprs le site internet de Cartel - http://www.carteleau.org - rubrique guide des services)


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Les techniques extensives

Des techniques dvelopper

Les techniques dites extensives que nous allons dcrire plus en dtail dans ce guide sont des procds qui ralisentl'puration l'aide de cultures fixes sur support fin ou encore l'aide de cultures libres mais utilisant l'nergie solai-re pour produire de l'oxygne par photosynthse. Le fonctionnement de ce type d'installation sans lectricit estpossible, except pour le lagunage ar pour lequel un apport d'nergie est ncessaire pour alimenter les arateursou les matriels d'insufflation d'air.

Ces techniques se distinguent aussi des techniques voques prcdemment par le fait que les charges surfaciquesappliques restent trs faibles.


PAR BIOFILM SUR SUPPORT SOLIDE(sable ou sol filtrant)

PAR CULTURES LIBRES(algues + bactries dans leau - lagunage)

1,5 3 m3 de matriau par EH

8 12 m3 deau par EH

Figure n 5 : Epuration naturelle

extensive des eaux uses(Source : Jean Duchemin, CommissionEuropenne - 2001)

Ces techniques ont t dveloppes dans diffrents payspour des collectivits de taille, en gnral, infrieure 500EH. C'est le cas, en particulier, de la France avec les lagunesnaturelles, de la Bavire avec un type de lagunage naturel deconception assez diffrente de celles ralises en France ouencore du Royaume-Uni avec les filtres horizontaux (zoneshumides artificielles).

La diffusion de ces techniques vers des agglomrations detaille suprieure 500 EH est envisageable avec certainesprcautions que nous rappellerons.

Ce guide a donc pour but de donner une impulsion cettediffusion et de contribuer dmontrer que les techniquesextensives ont bien leur place pour permettre le respect desprescriptions de la directive Eaux Rsiduaires Urbaines.

Aprs avoir dcrit les grandes lignes du fonctionnement descultures fixes et des cultures libres, nous dtaillerons lestechniques selon le plan suivant :

Cultures fixes :

Infiltration-percolation ;

Filtre plant coulement vertical ;

Filtre plant coulement horizontal. Cultures libres :

Lagunage naturel ; Lagunage macrophyte ;

Lagunage ar. Systmes mixtes.

Les systmes d'purations par zones humides artifi-cielles reproduisent les processus puratoires des co-systmes (Wetzel, 1993). La grande htrognit etdiversit des plantes,des sols et des types d'coulementdes eaux entrane une grande varit d'agencements

possibles : systmes d'coulement en dessous de la surface du

sol (filtres plants coulement horizontal ou ver-tical) ;

systmes d'coulement d'eau libre de surface (cf.lagunages naturels) ;

plus rarement, l'irrigation de systmes vgtaliss(des saules par exemple), de taillis trs courtesrotations, pour affiner le traitement par une ultimefiltration.

Pour l'ensemble des zones humides artifi-cielles, on retrouve les diffrents mcanismesd'puration suivants :

Des mcanismes physiques : filtration au travers des milieux poreux et des sys-

tmes racinaires (cf.mcanismes en cultures fixes) ;

sdimentation de MES et de collodes dans deslagunes ou marais (cf. mcanismes cultures libres),

Des mcanismes chimiques :

prcipitation de composs insolubles ou co-prcipi-tation avec des composs insolubles (N, P).

adsorption sur le substrat, suivant les caractris-tiques du support mis en place ou par les plantes(N, P, mtaux) ;

dcomposition par des phnomnes de radiationU.V. (virus et bactries), d'oxydation et de rduction(mtaux).

Des mcanismes biologiques :

Des mcanismes biologiques,ds au dveloppementbactrien libre ou fix, permettent la dgradation dela matire organique, une nitrification en zone aro-bie et une dnitrification (cf. glossaire) en zoneanarobie. Pour les systmes tranche d'eau libre,l'puration biologique se fera par des processusarobies prs de la surface de l'eau et ventuelle-ment anarobies prs des dpts en profondeur. Le

dveloppement d'algues fixes ou en suspensiondans l'eau (phytoplancton) apporte par photosyn-thse l'oxygne ncessaire aux bactries pura-toires arobies et fixe une partie des nutriments(effet lagunage).

L'puration et le rle des vgtaux dans les zones humides artificielles



PROCDS EXTENSIFS :FICHES TECHNIQUES

Les cultures fixes sur support fin

Fonctionnement : mcanismes en jeu.

Les procds d'puration culture fixes sur support fin consistent faire ruisseler l'eau traiter sur plusieurs mas-sifs indpendants.

Les deux principaux mcanismes sont :

Filtration superficielle : les matires en suspension (MES) sont arrtes la surface du massif filtrant et, avecelles, une partie de la pollution organique (DCO particulaire) ;

Oxydation : le milieu granulaire constitue un racteur biologique, un support de grande surface spcifique, surlequel se fixent et se dveloppent les bactries arobies responsables de l'oxydation de la pollution dissoute(DCO dissoute, azote organique et ammoniacal).

L'aration est assure par :

une convection partir du dplacement des lames d'eau ; une diffusion de l'oxygne depuis la surface des filtres et les chemines d'aration, vers l'espace poreux.

L'oxydation de la matire organique s'accompagne d'un dveloppement bactrien, qui doit tre rgul afin d'viterle colmatage biologique interne du massif filtrant et le dcrochage pisodique de la biomasse qui sont invitables dsque les charges appliques sont importantes. L'auto rgulation de la biomasse est obtenue grce la mise en placede plusieurs massifs indpendants aliments en alternance. Pendant les phases de repos (ou de non-alimentation), ledveloppement des bactries places en situation de disette est rduit au maximum par prdation, dessiccation,...Ces phases de repos ne doivent pas tre trop longues afin que les processus puratoires puissent reprendre rapi-dement, ds la nouvelle phase d'alimentation. Le plus frquemment, les filires cultures fixes sur support fin sontconues sur la base de 3 plateaux aliments chacun pendant 3 4 jours conscutifs.

La gestion contrle du dveloppement bactrien vite la mise en place d'un ouvrage spcifique de spa-ration eau + boue. Les ouvrages en cultures fixes sur supports fins sont conus sans clarificateur.

Le dispositif d'alimentation des units d'infiltration doit assurer une distribution uniforme de l'influent (afin d'uti-liser l'ensemble de la surface disponible) et l'homognit des charges hydrauliques (cf. glossaire) unitaires.L'alimentation peut se faire par submersion temporaire (ou par aspersion) partir d'un rservoir dont la vidangese ralise trs fort dbit par divers moyens (siphon, pompes...). Ces apports squencs permettent galement de

maintenir une concentration importante en oxygne dans le filtre par la diffusion d'air entre deux lchers.Le massif filtrant est gnralement constitu de sable qu'il s'agis-se de sable rapport ou de sable dunaire en place. Le sable doitrpondre quelques caractristiques prcises dans le but de trou-ver un compromis entre le risque de colmatage (sable trop fin) etle passage trop rapide (sable trop gros). Les sables dont les carac-tristiques sont rsumes ci-aprs prsenteraient, selon lesconnaissances actuelles (Linard et al, 2000), le meilleur compro-mis. Il semblerait judicieux pour la dure de vie des ouvrages d'vi-ter de droger ces quelques limites.

Caractristiques des sables :

Sable siliceux ;

Sable lav ;

d10 compris entre 0,25 mm et 0,40 mm ;

CU [coefficient d'uniformit,(cf. glossaire)] compris entre 3 et 6 ;

Teneur en fines infrieure 3 %.

Goulotte de rpartition de linfluent

L'infiltration-percolation sur sable

Principe de fonctionnement

Figure n 6 : Infiltration-percolation tanche et draine (Source :Agences de l'Eau, 1993)

Drain

Exutoire

Goulotte de rpartition de linfluent

Sable Exutoire

DrainGomembraneGravier


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L'infiltration-percolation d'eaux uses est un procd d'puration par filtration biologique arobie sur un milieu gra-nulaire fin. L'eau est successivement distribue sur plusieurs units d'infiltration. Les charges hydrauliques sont deplusieurs centaines de litres par mtre carr de massif filtrant et par jour. L'eau traiter est uniformment rpartie la surface du filtre qui n'est pas recouvert. La plage de distribution des eaux est maintenue l'air libre et visible.

Une autre variante intressante de l'puration par le sol est constitue par les filtres sable horizontaux ou verti-caux enterrs.Ces techniques utilises, avant tout, pour les situations relevant de l'assainissement autonome restentintressantes pour l'assainissement autonome regroup concernant quelques centaines d'quivalents-habitants. Pour

un filtre sable vertical enterr,un dimensionnement de 3,5 m2 / hab est ncessaire et une alimentation basse pres-sion recommande.

Bases de dimensionnement

Une station, dans laquelle l'infiltration-percolation constitue le moyen principal de traitement des eaux uses, doitcomporter : un prtraitement, un ouvrage de dcantation (pour les agglomrations de quelques centaines d'quiva-lent-habitants, une grande fosse septique toutes eaux peut tre utilise), un stockage, un systme de rpartition entreles bassins, un dispositif d'alimentation, les massifs filtrants et la restitution la nappe ou le rejet.

Les lits d'infiltration percolation sur sable doivent tre dimensionns comme suit (Document technique FNDAEn22) : Surface = 1,5 m2/EH (qu'il s'agisse d'un lit drain ou non-drain)

Nota Bene : les filtres sables verticaux enterrs et drains peuventavoir un intrt pour les installations les plus petites (autonomes etautonomes regroups) qui ncessitent une surface de 3,5 m2/hab aulieu de 1,5 m2/hab pour la filtration l'air libre.

Dtermination de l'paisseur

Lorsque la dcontamination ne fait pas partie des objectifsde l'installation, une paisseur de massif filtrant de 80 cmest suffisante.

Dans le cas o l'infiltration-percolation a pour fonction sup-plmentaire l'limination des germes pathognes, l'paisseurdu massif filtrant dpend du niveau de dcontaminationattendu. La courbe ci-dessous donne la relation entre l'abat-tement des coliformes fcaux en fonction de la chargehydraulique (h) et de l'paisseur du massif filtrant lorsqu'ils'agit de sable (Etude Inter Agences n9, 1993).

Si le massif est du sable en place naturellement, la relation entre son paisseur et la dcontamination est plus dli-

cate obtenir et il est prfrable d'avoir recours des laboratoires pour bien caractriser le sable en question etses capacits de dcontamination.

Le nombre d'units est fonction :

de la surface totale de massif filtrant ; de la surface maximale de l'unit d'infiltration compa-

tible avec une rpartition uniforme de l'effluent surcette mme unit.

Mise en oeuvre

Les parois des fouilles doivent tre, si possible, verticalesafin que, en tout point du massif filtrant, le cheminementvertical de l'eau soit bien gal l'paisseur du massif.

La hauteur des revanches (berges au dessus de la plage

d'infiltration) doit avoisiner 30 cm. Des surverses de scu-rit doivent tre installes, pour faire face aux urgences etvacuer les dbits en excs soit vers un milieu rcepteur,soit vers d'autres bassins moins chargs.

Les talus formant les berges des bassins peuvent tre pro-tgs par des plaques de bton, des palplanches goudron-nes, du bton projet ou encore une vgtalisation.


Figure n 8 : Systme drain avec un massifdrainant tanch par une membrane imper-mable (Source :Agences de l'Eau,1993)

Alimentation

Sol en placeimpermable

Drainsde collecte Sable

Alimentation

Sol en placepermable

Membraneimpermable

Figure n 7 : Systme drain sur sol en placeimpermable (Source :Agences de l'Eau, 1993)

Figure n 9 : Abattement des coliformes fcauxen fonction de la charge hydraulique (H en m/j)et de l'paisseur du massif filtrant

Abattement des coliformes fcaux (u.log)

Epaisseur du massif filtrant (m)

H=0

,2m/j

H=0,4

m/j

H=0,6m/

j

Installation de MAZAGON (Espagne)Capacit de 1700 EH (Crdit photo F. Brissaud)



Exploitation

* Un filtre coulement vertical fonctionnant de manire optimale produit des nitrates et toute baisse de concentration en sortie (l'chelle de la semaine ou du mois) reflte un manque d'oxygne donc une dgradation du traitement. Ce suivi peut tre ralis faci-

lement l'aide de papiers indicateurs.

Performances

D'excellents rsultats d'limination (en concentrations) sont obtenus par ce systme :

DBO5 infrieure 25mg/l ; DCO infrieure 90mg/l; MES infrieure 30mg/l ; Nitrification quasi-complte ; Dnitrification limite sur ce type d'installation. Dans sa version assainissement autonome l'puration par le sol

peut permettre une certaine limination de l'azote. Une tude mene au sein de la Direction Dpartementaledes Affaires Sanitaires et Sociales de Loire-Atlantique en 1993 a permis de constater que l'on pouvait liminer40% de l'azote (voire plus) l'aide d'un filtre sable vertical. Cet abattement peut aller jusqu' 50% si on utiliseun filtre sable horizontal (Cluzel F. - 1993) ;

Phosphore : abattement fort pendant 3-4 ans (60-70%),puis faible puis ngatif aprs 8-10 ans (Duchemin J. - 1994) ; Possibilit d'limination des germes tmoins de contamination fcale sous rserve de disposer d'une hauteur

de matriau suffisante et d'un fonctionnement hydraulique sans cheminement prfrentiel (abattementmicrobien > 1000).

Avantages techniques

excellents rsultats sur la DBO5, la DCO, les MES ; nitrification pousse ; superficie ncessaire bien moindre que pour un lagunage naturel ; capacit de dcontamination intressante.

Inconvnients techniques

ncessit d'un ouvrage de dcantation primaire efficace ; risque de colmatage grer (d'o l'importance de l'emploi d'un sable lav et de bonne granulomtrie) ; ncessit d'avoir disposition de grandes quantits de sable, ce qui peut engendrer des investissements impor-

tants s'il n'y en a pas de disponible proximit ; adaptation limite aux surcharges hydrauliques.

Tches Observations

Entretien courant(tous les 3 4 jours)

Manuvre des vannes ; Nettoyage du dgrillage ; Observation du degr de colmatage de la surface des units d'infiltration, ven-

tuellement de la hauteur d'eau sur la plage d'infiltration ;

Temps de disparition de la lame d'eau ; Dans les installations non gravitaires, observation du dbit des pompes ; Tenir un cahier d'entretien notant toutes les tches effectues, les mesures de

dbit (canal dbitmtrique, temps de fonctionnement des pompes), pour unebonne connaissance des flux. Cela permet en outre de produire des bilans defonctionnement.

Suivi rgulier

Visites mensuelles ou tousles 2 mois

Regards, bon coulement des eaux, aspect des effluents ; Enlvement des flottants (dcanteur-digesteur), niveau des boues (lagune ana-

robie ou dcanteur digesteur) ; Rgulations de niveau, hauteurs d'eau maximales dans la bche, dispositifs d'ali-

mentation (siphons, goulottes, etc....) ; Vannes ou dispositifs de rpartition ; Affouillements et maintien du nivellement des plages d'infiltration ; Exutoire de la station (systmes drains) et qualit des rejets ;

Fonctionnement des asperseurs et nettoyage (tous les mois).Autres oprationsd'entretien

Maintenance des dispositifs lectromcaniques (1 2 fois / an) ; Faucardage des berges et des remblais autour des massifs ; Les accumulations organiques qui, au terme des phases de schage, sont rduites

des copeaux trs facilement dtachables du sable doivent tre ratisses et va-cues en dcharge selon une priodicit ajuster empiriquement ; le changementdes 5 10 premiers cm de sable tous les 3-4 ans est prvoir ;

Vidange des boues du dcanteur-digesteur (1 2 fois / an) ou des lagunes dedcantation (1 2 fois / an) ou encore des fosses septiques toutes eaux (1 fois/3 4 ans) ;

Des analyses rgulires de teneurs en nitrates du rejet permettent de donnerune indication sur la sant de la station *.

Tableau n6 : Exploitation d'une installation d'infiltration-percolation


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Les filtres plants coulement vertical


Les filtres sont des excavations, tanches du sol, remplies de couches successives de gravier ou de sable de granu-lomtrie variable selon la qualit des eaux uses traiter.

Contrairement l'infiltration-percolation prcdemment voque, l'influent brut est rparti directement,sans dcan-tation pralable, la surface du filtre. Il s'coule en son sein en subissant un traitement physique (filtration),chimique(adsorption, complexation...) et biologique (biomasse fixe sur support fin). Les eaux pures sont draines. Les

filtres sont aliments en eaux uses brutes par bches. Pour un mme tage, la surface de filtration est spare enplusieurs units permettant d'instaurer des priodes d'alimentation et de repos.

Le principe puratoire repose sur le dveloppement d'une biomasse arobie fixe sur un sol reconstitu (cf : cha-pitre relatif aux cultures fixes sur support fin). L'oxygne est apporte par convection et diffusion. L'apport d'oxy-gne par les radicelles des plantes est, ici, ngligeable par rapport aux besoins (Armstrong; 1979).


Figure n 10 : coupe transversale dun filtre plant coulement vertical (Source : CEMAGREF)

Arriveeaux brutes Gravier fin

Gravier grossier

80 cm

Evacuationeaux traites

GaletsTuyaude drainage

Chapeaude ventilation

FILTRE VERTICAL : ALIMENTATION INTERMITTENTEAVEC ARATION PAR LA SURFACE


Le dimensionnement des filtres verticaux a t tabli empiriquement en dfinissant les charges organiques surfa-ciques journalires limites acceptables (20 25 g DBO5 m

-2.j-1 de surface totale plante).

Le premier tage est dimensionn pour recevoir environ 40 g DBO5 m-2.j-1 reprsentant ainsi 60 % de la surface

totale, soit environ 1,2 m2/EH. Quand le rseau est unitaire ou partiellement unitaire, le dimensionnement du pre-mier tage est port 1,5 m2/EH (Agence de l'eau,1999).Cet tage est compartiment en un nombre de filtres mul-tiple de 3, ce qui permet d'obtenir des priodes de repos de 2/3 du temps.

La surface du deuxime tage est gnralement de 40 % de la surface totale soit environ 0,8 m 2/EH.A cet tage, letemps de repos ncessaire est gal celui du fonctionnement, ncessitant donc la mise en place d'un nombre defiltres multiple de 2 et gal au 2/3 du nombre de filtres utiliss pour le premier tage (cf. schma ci-dessous).

Figure n 11 : Schmade conceptiondes premieret second tages

Mise en uvre

AlimentationLa vitesse d'alimentation en eaux uses brutes doit tre suprieure la vitesse d'infiltration pour bien rpartir l'ef-fluent. Les dpts qui s'accumulent la surface contribuent amoindrir la permabilit (cf. glossaire) intrinsque dumatriau et donc amliorent la rpartition de l'effluent. Les vgtaux limitent le colmatage de surface, les tiges per-ant les dpts accumuls. Les arrives d'eau se font en plusieurs points.

MatriauLe matriau de garnissage du premier tage se compose de plusieurs couches de gravier. La couche active est du gra-vier prsentant une granulomtrie de 2 - 8 mm, pour une paisseur de l'ordre de 40 cm.Les couches infrieures sontde granulomtrie intermdiaire (10 - 20 mm) permettant d'atteindre une couche drainante de gravier (granulo-mtrie 20 - 40 mm).

Le deuxime tage affine le traitement. Les risques de colmatage sont moindres. Il est compos d'une couche desable (cf. infiltration-percolation) d'une hauteur d'au moins 30 cm.

EvacuationLa couche infrieure de gravier 20 - 40 mm assure le drainage de l'effluent. Les drains en tubes synthtiques, rigideset munis d'entailles larges, sont prfrentiellement utiliss car ils sont peu sensibles au colmatage.Chaque drain estreli une chemine d'aration.

1er tage 2me tage

La filire se compose :

d'un dgrillage ; d'un premier tage

de filtres verticaux ; d'un second tage de

filtres verticaux.



PlantationThoriquement, plusieurs espces de plantes peuvent tre utilises (Scirpus spp,Typha...), mais les roseaux (de typePhragmites australis), par leur rsistance aux conditions rencontres (longue priode submerge du filtre, priodessches, fort taux de matires organiques), et la rapide croissance du chevelu de racines et rhizomes, sont les plussouvent utiliss dans les climats temprs (Brix, 1987). La densit de plantation est de 4 plants/m2.

Conception

Choix des terrainsLes contraintes de site sont les suivantes :

Pression foncire : La surface implique par ce procd rend parfois impossible son installation pour des agglo-mrations de taille moyenne soumises de fortes pressions foncires.

Relief : Un dnivel de l'ordre de 3 4 mtres entre les points amont et aval permet d'alimenter les filtres pargravit (siphons ne ncessitant aucun apport d'nergie). Pour des collectivits d'une taille proche de 3000 /4000 EH, la mise en place de pompes peut devenir ncessaire.

Exploitation

La maintenance de ces systmes ne ncessite pas de qualification particulire, mais contraint l'exploitant raliserdes passages frquents et rguliers.

* Un filtre coulement vertical fonctionnant de manire optimale produit des nitrates et toute baisse de concentration en sortie (l'chelle de la semaine ou du mois) reflte un manque d'oxygne donc une dgradation du traitement. Ce suivi peut tre ralis faci-lement l'aide de papiers indicateurs.

Performances

DBO5 25 mg/l DCO 90 mg/l MES 30 mg/l NTK (N organique + NH

4

+) 10 mg/l en gnral avec des pointes ne dpassant pas 20 mg/l Phosphore :Abattement normalement faible (dpend de la capacit d'adsorption du substrat et de l'ge de l'ins-

tallation) Germes pathognes : limination limite (abattement : 10 100).


Facilit et faible cot d'exploitation.Aucune consommation nergtique si la topographie le permet ; Possibilit de traiter des eaux uses domestiques brutes ; Gestion rduite au minimum des boues ; Bonne adaptation aux variations saisonnires de population.


Exploitation rgulire, faucardage annuel de la partie arienne desroseaux, dsherbage manuel avant la prdominance des roseaux ;

Utiliser cette filire pour des capacits suprieures 2 000 EH restetrs dlicat pour des questions de matrise de l'hydraulique et de cotpar rapport aux filires classiques. Une conception pour des taillessuprieures ne peut s'envisager que sous rserve d'une rflexionpousse concernant l'adaptation des bases de dimensionnement et lesconditions remplir pour s'assurer de la matrise de l'hydraulique ;

Risque de prsence d'insectes ou de rongeurs.

Tches Frquence Observations

Dsherbage La 1re anne Dsherbage manuel des adventices (Kadlec et al-2000).Une fois laprdominance tablie, cette opration n'est plus ncessaire.

Suivi et entretienrgulier

1/trimestre

1/semaine

Nettoyer le siphon d'alimentation du premier tage au jet d'eausous pression.

Des analyses rgulires de nitrates dans l'effluent permettent dedonner une indication sur la sant de la station*.

Faucardage 1/an (automne) Faucardage et vacuation des roseaux. Les vacuer permet d'vi-ter leur accumulation la surface des filtres. Dans le but de rdui-re ce temps d'entretien, les roseaux peuvent ventuellement trebrls si l'tanchit n'est pas ralise par une gomembrane, et siles tuyaux d'alimentation sont en fonte (Linard et al, 1994).

Entretien courant 1 2/semaine

1/semaine

2/semaine

Nettoyer le dgrilleur. Vrifier rgulirement le bon fonctionnement des appareils lec-

tromcaniques et dtecter les pannes le plus rapidement possible. Manuvre des vannes.

Autres oprationsd'entretien

Chaque visite Tenir un cahier d'entretien notant toutes les tches effectues, lesmesures de dbit (canal dbitmtrique, temps de fonctionnementdes pompes), pour une bonne connaissance des flux. Cela permeten outre de produire des bilans de fonctionnement.

Tableau n7 : Exploitation des filtres plants coulement vertical

Installation dOaklands Park (Royaume-Uni)Capacit de 65 EH (Crdit photo P. Cooper)


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Les filtres plants de roseaux coulement horizontal


Dans les filtres coulement horizontal, le massif filtrant est quasi-totalement satur en eau. L'effluent est rpartisur toute la largeur et la hauteur du lit par un systme rpartiteur situ une extrmit du bassin ; il s'coule ensui-te dans un sens principalement horizontal au travers du substrat. La plupart du temps, l'alimentation s'effectue encontinu car la charge organique apporte est faible.

L'vacuation se fait par un drain plac l'extrmit oppose du lit, au fond et enterr dans une tranche de pierres

drainantes. Ce tuyau est reli un siphon permettant de rgler la hauteur de surverse, et donc celle de l'eau dansle lit, de faon ce qu'il soit satur pendant la priode d'alimentation. Le niveau d'eau doit tre maintenu environ 5 cm sous la surface du matriau. En effet, l'eau ne doit pas circuler au-dessus de la surface pour ne pas court-cir-cuiter la chane de traitement ; il n'y a donc pas d'eau libre et pas de risque de prolifration dinsectes.


Pour dfinir la surface ncessaire, les valeurs empiriques ci-aprs fournissent les rsultats d'puration attendus(Vymazal et al, 1998) :

Pour des concentrations initiales de l'ordre de 150 300 mg/l de DBO5, les surfaces plantes sont de l'ordre de5 m2/EH en traitement secondaire ;

Pour des concentrations plus leves ou pour utiliser les sols en place, ce qui est rarement recommand, ilsemble prfrable d'opter pour la pratique danoise qui consiste dimensionner le filtre 10 m2/EH ;

En traitement d'effluents de rseaux pluviaux (Cooper - 1996) l'emprise est de 0,5 m2/EH.La section du filtre doit tre dfinie par un bureau d'tudes. Elle est fonction de la permabilit initiale du mat-riau choisi (1 3.10-3 m/s).

La profondeur du filtre sera gale la profondeur maximale de pntration des racines. Cette profondeur est de60 cm pour les phragmites (Marsteiner, 1996).

L'hypothse d'une amlioration notable de la conductivit hydraulique initiale, suite au dveloppement racinaireintense des roseaux, tant en densit qu'en profondeur, n'a pas t confirme (Boon - 1986). En fait, l'augmentationde la conductivit hydraulique grce au dveloppement racinaire est compense en partie par l'accumulation de MESet de matire organique (Cooper - 1996). Il est donc important que le support choisi dispose d'une permabilit de1 3.10-3 m/s. La plupart des sols sont donc exclure.


Figure n 11 : coupe transversale dun filtre plant coulement horizontal(Source : CEMAGREF)

Arriveeaux dcantes

Niveau deau

60 cm

Evacuationeaux traites

Gabiondvacuation

Sable grossierou gravier fin

Gabiondalimentation

FILTRE HORIZONTAL : ALIMENTATION CONTINUE

Mise en uvre

CompartimentationPour des tailles suprieures 500 m2, un fractionnement en plusieurs units de taille rduite facilitera l'entretien etamliorera la rpartition hydraulique.

PenteLa pente du fond du lit doit permettre de vidanger compltement le filtre. La pente ne doit cependant pas provo-quer l'asschement des racines au niveau de la sortie. Une variation de la profondeur du lit gale 10 % de la hau-teur de matriau l'entre est suffisante (Kadlec, R.H. et al - 2000).

MatriauxA l'origine, le procd s'est dvelopp en utilisant du sol en place, tout en prconisant d'atteindre, terme, uneconductivit hydraulique de 3.10-3m/s. Bon nombre de filtres ont t construits en faisant l'hypothse que la conduc-tivit hydraulique augmenterait avec le dveloppement racinaire.

Suite de mauvaises expriences, il est dsormais prconis d'utiliser des graviers lavs, de granulomtries diffrentes suivantla qualit des eaux entrantes (3-6, 5-10, 6-12 mm) (Vymazal - 1998).

VgtauxLa varit la plus largement utilise est le roseau Phragmites Australis en raison de sa vitesse de croissance, de dve-loppement racinaire et de sa rsistance aux conditions de saturation du sol. La plantation peut se faire l'aide degraines, de jeunes pousses ou de rhizomes avec une densit de l'ordre de 4 par m2.



Conception

Choix des terrainsLes contraintes de site sont les suivantes :

Pression foncire importante ; Relief : un dnivel de 1 2 mtres entre le point d'alimentation de la future station et l'aval permet d'alimenter

les filtres par gravit. Le dnivel requis n'est pas trs important en raison de l'coulement horizontal. Caractristiques du sol en fond de filtre : si le sol est argileux, l'tanchit naturelle peut tre atteinte par simple

compactage (conductivit requise 1.10-8m/s). Dans le cas contraire, la pose d'une gomembrane impermable est

ncessaire.Exploitation

La maintenance de ces systmes ne ncessite pas de qualification particulire, mais contraint l'exploitant des pas-sages frquents et rguliers.Dans la gamme de population qui nous intresse, il faut nanmoins penser l'entretiendes ouvrages de dcantation primaire (vacuation des boues) et de l'tage de traitement biologique dans le cas ole filtre assurerait un traitement tertiaire.

Tche Frquence Observations

Entretiendes ouvragesde prtraitement

1/semaine Le but est de s'assurer de leur bon fonctionnement et qu'ils ne rejet-tent pas trop de MES pouvant provoquer un colmatage.

Vgtation

Dsherbage

Faucardage

1re anne

inutile

Lors de la premire anne (voire de la deuxime) il est utile de raliserun dsherbage manuel des adventices pour ne pas gner le dveloppe-ment des roseaux (Kadlec R.H. et al, 2000). Cette opration peut gale-ment se faire en noyant lgrement la surface du filtre (10 cm) au dtri-ment des rendements d'puration (Cooper - 1996). Une fois la prdomi-nance tablie, cette opration n'est plus ncessaire.

L'absence d'coulement de surface permet d'viter le faucardage. Lesvgtaux morts ne gnent en rien l'hydraulique des filtres et de pluspermettent d'isoler thermiquement le filtre.

Ajustementdu niveaude sortie

1/semaine L'ajustement rgulier du niveau d'eau de sortie permet d'viter lescoulements de surface, Pour des stations importantes (> 500 m3/j),la vrification du niveau de sortie pourrait demander un passage quo-tidien.

L'hydraulique de ce genre de procd est un point clef. Il convient devrifier la bonne distribution de l'effluent dans le filtre. Le curage dudispositif d'alimentation doit tre prvu lors de la conception.

Autres oprationsd'entretien

Chaque visite Tenir un cahier d'entretien notant toutes les tches effectues et lesmesures de dbit (canal dbitmtrique, temps de fonctionnement despompes), pour une bonne connaissance des flux.Cela permet enoutre de produire des bilans de fonctionnement.

Tableau n8 : Exploitation des filtres plants coulement horizontal

Performances

En terme de performance sur la DBO5 pour des concentrations d'entre variant de 50 200 mg/l,et pour un dimen-sionnement de 3 5 m2/EH, des systmes coulement de type horizontal et garni de gravier obtiennent des ren-dements de l'ordre de 70 90 %. Ces concentrations sont cependant trop faibles pour tre considres commereprsentatives d'une eau use urbaine et il semble plus prudent de suivre l'exemple danois.

En effet, 80 sites danois, dimensionns environ 10 m2/EH, obtiennent des rendements de l'ordre de 86 % sur laDBO5 et MES, de 37 % pour l'azote total, et de 27 % sur le phosphore total (Cooper - 1996).

Dune manire gnrale, en traitement secondaire, la nitrification est limite mais la dnitrification est trs bonne.

Les rendements sur le phosphore sont dpendants du type de sol utilis, mais restent relativement faibles.


Faible consommation nergtique : ne ncessite pas une pente importante pour lcoulement par gravit ; Aucune ncessit d'une qualification pousse pour l'entretien ; Bonne raction aux variations de charge.


L'emprise au sol est importante ; Une installation pour des tailles d'environ 4.000 EH ne peut s'envisager que sous rserve d'une rflexion pous-

se des conditions d'adaptation des bases de dimensionnement et de l'assurance de la matrise de l'hydraulique.


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Un lagunage naturel est compos, le plus souvent, de plusieurs bassins tanches ou lagunes microphytes, fonc-tionnant en srie.

Nombre de lagunesL'installation de trois lagunes est frquente et permet d'assurer un bon niveau de fiabilit de fonctionnement pourl'limination de la matire organique. Les performances les plus leves, en ce qui concerne la dsinfection, ne sontatteintes qu'avec une compartimentation plus grande (jusqu' six lagunes en srie).

Le rle respectif des diffrents bassins est le suivant :

le premier permet, avant tout, l'abattement de la charge polluante carbone ;

le second permet l'abattement de l'azote et du phosphore; le troisime affine le traitement et fiabilise le systme, en cas de dysfonctionnement d'un bassin amont ou lors

d'une opration d'entretien .

La charge surfacique applique journalire est de l'ordre de 4,5 g DBO5 par m2 de surface totale, ce qui correspond

une surface de plans d'eau de l'ordre de 10 15 m2/ EH (Vuillot et al - 1987).

Cultures libres

Fonctionnement : principes en jeu

Le processus d'puration par cultures libres repose sur le dveloppement d'une culture bactrienne, de type aro-bie principalement. L'oxygne provient de diverses sources selon les filires.

La culture bactrienne est ensuite spare de l'eau traite par mcanisme de sdimentation dans un ouvrage, le plussouvent, spcifique (clarificateur, lagune de dcantation...).

Lagunage naturel


L'puration est assure grce un long temps de sjour,dans plusieurs bassins tanches disposs en srie. Le nombrede bassin le plus communment rencontr est de 3.Cependant, utiliser une configuration avec 4 voire 6 bassins per-met d'avoir une dsinfection plus pousse.

Le mcanisme de base sur lequel repose le lagunage naturel est la photosynthse. La tranche d'eau suprieure desbassins est expose la lumire. Ceci permet l'existence d'algues qui produisent l'oxygne ncessaire au dvelop-pement et maintien des bactries arobies. Ces bactries sont responsables de la dgradation de la matire orga-nique. Le gaz carbonique form par les bactries, ainsi que les sels minraux contenus dans les eaux uses, permet-tent aux algues de se multiplier. Il y a ainsi prolifration de deux populations interdpendantes : les bactries et lesalgues planctonniques, galement dnommes microphytes. Ce cycle s'auto-entretient tant que le systme reoitde l'nergie solaire et de la matire organique.

En fond de bassin, o la lumire ne pntre pas, ce sont des bactries anarobies qui dgradent les sdiments issusde la dcantation de la matire organique. Un dgagement de gaz carbonique et de mthane se produit ce niveau.


LumireRayonnement solaire

Sortie

Surface

1 m

Entre Vent

O2 atmosphrique

O2

O2

O2CO2

CO2CH4 NH3

Matire biodgradablesorganiques solubles

Bactriesarobies

protozoaires

Phosphateset nitrates

Matire dcantables organiques etinorganiques solubles et insolubles

Fond

Zone anarobie Bactries anarobiesfacultatives

Figure n 12 : Les mcanismes en jeu dans les bassins de lagunage naturel(d'aprs Agences de lEau, CTGREF)



La faible charge applique conduit les effluents sjourner trs longtemps dans les bassins. En absence d'apportd'eaux pluviales, le temps de sjour se situe autour de 70 jours. En climat chaud et sec (pays du sud de l'Europe), cessurfaces peuvent tre rduites de moiti, vu la temprature qui acclre les processus biologiques et l'vaporationqui augmente le temps de sjour (cf. Radoux M., Cadelli D., Nemcova M., Ennabili A., Ezzahri J.,Ater M. - 2000).

Pour cette raison, les volumes traiter sont, un mme instant, totalement diffrents des volumes vacus vers lemilieu naturel.Afin de s'assurer du bon fonctionnement hydraulique des ouvrages (et de dtecter les ventuellesintroductions d'eaux de nappe ou, l'inverse, des fuites), il convient donc de toujours pouvoir comparer les dbitsamont et aval par l'intermdiaire de dispositifs appropris (dbitmtres ou temps de fonctionnement des pompes).

Conception de la premire lagune

La valeur de 6m2

/ EH est utilise avec succs, ce qui correspond une charge surfacique nominale de l'ordre de 8,3g DBO5/m2 et par jour.

Pour les installations population variable, et par temps chaud et ensoleill, le dimensionnement peut tre effectuen se basant sur la frquentation maximale du mois de pointe.

La forme de la lagune ne doit pas favoriser la croissance bactrienne aux dpens de celle des algues. L'quilibre entreles deux doit tre respect afin que l'apport en oxygne reste suffisant. Pour ce faire, on privilgiera une forme dubassin ramasse par rapport une forme trop longitudinale.Le ratio L/l 3 est utilis en France (cf. schma ci-aprs).

La profondeur du bassin doit permettre :

d'viter la pousse de vgtaux suprieurs ; la pntration de la lumire et l'oxygnation d'une fraction maximale de volume ;

La hauteur d'eau doit donc tre de 1 mtre ( 0,2 m). Cependant, afin de faciliter le curage du cne d'accumulationdes dpts qui se dveloppent habituellement au niveau du point d'alimentation, une zone de surprofondeur peut

tre ralise. Cette zone, d'une hauteur supplmentaire de 1 mtre maximum, peut occuper quelques dizaines dem2. Elle doit toujours tre accessible depuis la berge ou depuis une passerelle construite cet effet.

Conception des deuxime et troisime lagunesCes deux bassins doivent tre de dimensions voisines et la surface totale des deux plans d'eau doit tre gale 5 m2/ EH.

La hauteur d'eau doit tre de 1 mtre ( 0,2 m). Leur forme gnrale peut tre assez variable en fonction notam-ment des contraintes topographiques et des rgles respecter afin d'obtenir une bonne intgration paysagre.

Prtraitement des eaux brutesUn dgrillage doit tre install avant traitement sur les grosses installations. Pour les installations infrieures 500 EH, il est possible d'utiliser une cloison siphode (dgraisseur rustique) immerge sur 30 40 cm, permettantde retenir les flottants, lentre du premier bassin.

Espace ncessaireLe choix du terrain est conditionn par l'importance de l'emprise au sol du systme de lagunes. La surface du lagunagecomprend les plans d'eau, ainsi que les abords qui doivent tre conus pour permettre un entretien facile. A titred'exemple, il faut compter environ 15 m2/EH d'emprise globale pour construire les 4 400 m2 de bassins ncessaire pourtraiter les eaux uses mises par 400 EH.Un terrain de 0,6 hectare est donc ncessaire (cf. schma ci-aprs).

Figure n 13 : Emprise au sol d'un lagunage naturel(Source :Agence de l'Eau Seine-Normandie,CEMAGREF - 1998)

IL

Circulation de leau

6 m2/EH

2,5 m2/EH 2,5 m2/EH

Localisation.L'ouvrage doit tre situ en un point bas, un emplacement o les vents dominantscontribuent arer la tranche d'eau super-ficielle.

Il ne doit pas y avoir d'arbre moins de 10mtres, les racines pouvant engendrer descheminements prfrentiels au niveau desdigues. Par ailleurs, la chute de feuilles dansles bassins peut gnrer une surcharge orga-

nique ainsi qu'un risque d'obstruction desouvrages de communication.

Le terrain doit tre de type limono-argileux.Le sous-sol ne doit surtout pas tre kars-tique ou fissur.

Cependant, si un sol plus impermable estdisponible dans une plus haute position,lemploi dune pompe peut tre envisag.

TopographieLe terrain doit tre choisi de manire ce qu'il puisse y avoir un coulement gravitaire jusqu'au milieu rcepteur.Un emplacement engendrant un minimum de travaux de terrassement doit tre recherch. Enfin, les terrains exa-grment pentus doivent tre proscrits en raison des risques d'boulement, d'rosion et d'alimentation par le bas-sin versant (un bassin versant trop pentu engendrera une trs forte et subite augmentation de dbit des eaux plu-viales suite un vnement pluvieux).


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Mise en uvre

Le terrassementLa pente des digues tanches naturellement doit respecter un rapport H/l d'au moins 1/2,5 afin :

de limiter l'action rosive du batillage ; de faciliter l'entretien courant ; de permettre aux engins de curage d'accder tous les bassins.

Afin de prvenir l'rosion par le batillage et ventuellement les dgradations dues aux rongeurs, il est utile d'enga-zonner les berges avant mise en eau ou d'employer des dalles autoblocantes, des gogrilles ou tout autre matriau

de protection des berges.Les digues doivent tre riges par compactages successifs de tranches de 15 20 cm, afin d'assurer un tassementhomogne jusqu'au cur du remblai.

Le compactage du radier doit tre ralis aprs celui des digues.

La pose d'une gomembrane est possible mais prsente l'inconvnient d'accrotre le cot d'investissement de l'ou-vrage. Dans cette situation, la pente des digues pourra tre plus forte (jusqu' 1/1,5), l'emprise totale des ouvragessera ainsi plus faible.

Il faut prvoir des liaisons siphonnes entre les bassins afin de bloquer les hydrocarbures et les lentilles d'eau.

Il est prfrable d'installer un by-pass fixe sur chaque bassin afin de faciliter les oprations de vidange et curage.

La dernire tape de la ralisation est la mise en eau claire trs rapide des diffrents bassins afin deprenniser la permabilit obtenue en vitant tout risque de desschement de l'ouvrage, de vrifierl'tanchit et de favoriser la mise en place de l'cosystme.

Des mauvaises odeurs peuvent apparatre aux changements de saison (lies au phnomne d'anarobiose) si l'ef-fluent prsent dans la premire lagune est trop concentr. Il est possible de remdier cette situation en faisantrecirculer de l'eau du dernier bassin ou en diluant l'effluent l'aide d'un dispositif de chasse sur le rseau.

Afin d'viter les lagunes non tanches, il est absolument ncessaire qu'il y ait une tude pralable pdologique ethydrogologique.

Exploitation

Le tableau ci-aprs donne une description prcise des tches raliser.


Tche Frquence Observations

Surveillance gnrale - pointscontrls : prsence de rongeurs ; obstruction des ouvrages

de communication ; dveloppement

des lentilles d'eau ; bon coulement de l'eau ; absence de flottants ; couleur de l'eau ; absence d'odeurs ; tat des digues.

1/semaine Cette vrification doit se faire par un parcours de l'en-semble des digues, mthode qui a l'avantage de dissuaderl'installation des rongeurs.

Par ailleurs, les mthodes de lutte contre les lentillesd'eau sont soit prventives par la sdentarisation decanards soit curatives par l'enlvement de vgtaux (parmadrier flottant par exemple).

Tableau n9 : Exploitation des lagunes

Entretien des ouvragesde prtraitement

1/semaine Il s'agit d'empcher la mise en charge du rseau ou le by-pass des effluents et d'viter les mauvaises odeurs;

Curage des bassins Tous les 5 10 ans,selon la charge rel-lement reue pourle premier bassin,tous les 20 ans pourles bassins suivants

Doit tre mis en uvre lorsque le volume de boueatteint 30% du volume du bassin.

Deux mthodes de curage sont habituellement utilises : par engins de chantier, aprs vidange du bassin. Ce qui

implique la prsence d'un by-pass fixe sur chaque bas-sin ;

par pompage, sans vidange pralable, dit vidange sous

eau.

Curage partiel du cne de sdi-mentation (entre du premierbassin)

1 2/an Doit tre ralis par pompage liquide.

Fauchage des digues et desberges et de la ceinture vgta-le (ou broutage par moutons)

2 4/an L'enjeu est de maintenir l'accs aux plans d'eau, de limiterl'installation de rongeurs et le dveloppement de larvesd'insectes et de contrler l'tat des berges.



Performances

Les rendements, calculs sur les flux de matire organique, atteignent en moyenne prs de 70 % (plus de 85 % enne prenant en compte que la DCO filtre en sortie, brute en entre), ce qui correspond une concentration enDCO filtre de 125 mg/l. De plus, le dbit, et donc le flux rejet, est souvent rduit en t (-50 %) par l'vapo-transpiration.

Les concentrations en azote total au niveau du rejet sont trs faibles en t,mais peuvent atteindre plusieurs dizainesde mg/l (exprims en N) en hiver.

L'abattement du phosphore est remarquable les premires annes ( 60 %), puis diminue pour atteindre un rende-

ment nul au bout de 20 ans environ. Cette baisse est due un relargage du phosphore depuis la vase du fond. Lesconditions initiales seront restaures par le curage des bassins (lorsque le milieu est sensible au phosphore, le cura-ge doit avoir lieu au terme dun dlai plus court que les 10-12 ans gnralement estims et sur lensemble deslagunes).

La dsinfection est importante, particulirement en t (abattement > 10.000). Cette performance est lie au longtemps de sjour de l'effluent (de l'ordre de 70 jours pour un traitement complet), la comptition biologique et auxultraviolets solaires.

Avantages

Un apport d'nergie n'est pas ncessaire si le dnivel est favorable ; L'exploitation reste lgre, mais si le curage global n'est pas ralis temps, les performances de la lagune chu-

tent trs sensiblement ; Elimine une grande partie des nutriments : phosphore et azote (en t) ;

Trs bonne limination des germes pathognes en t (4-5 logs), bonne en hiver (3 logs) ; S'adapte bien aux fortes variations de charge hydraulique ; Pas de construction en dur, le gnie civil reste simple ; Bonne intgration paysagre ; Absence de nuisance sonore ; Les boues de curages sont bien stabilises (sauf celles prsentes en tte du premier bassin) et faciles pandre

sur sol agricole.


Forte emprise au sol ; Cot d'investissement trs dpendant de la nature du sous-sol. Dans un terrain sableux ou instable, il est prf-

rable de ne pas se tourner vers ce type de lagune ;

Performances moindres que les procds intensifs sur la matire organique.Cependant, le rejet de matire orga-nique s'effectue sous forme d'algues, ce qui est moins nfaste qu'une matire organique dissoute pour l'oxyg-nation du milieu en aval. Ce rejet reste faible en t (vapotranspiration), priode la plus dfavorable pour lescours d'eau, ce qui permet un rendement excellent en flux rejet.

Qualit du rejet variable selon les saisons.

Lagunage macrophytes

Les lagunes macrophytes reproduisent des zones humides naturelles comportant une tranche d'eau libre,tout en essayant de mettre en valeur les intrts des cosystmes naturels. Elles sont peu utilises en Europe, maissont souvent ralises pour des traitements tertiaires la suite de lagunage naturel, de lagunes facultatives ou delagunage ar aux Etats-Unis. Cette filire est gnralement utilise en vue d'amliorer le traitement (sur les para-

mtres DBO5 ou MES) ou de l'affiner (nutriments, mtaux,..). Cependant l'utilisation d'une lagune de finition microphytes permettra d'obtenir de meilleurs rendements et sera plus commode d'entretien.


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Lagunage ar


Description gnraleL'oxygnation est, dans le cas du lagunage ar, apporte mcaniquement par un arateur de surface ou une insuf-flation d'air. Ce principe ne se diffrencie des boues actives que par l'absence de systme de recyclage des bouesou d'extraction des boues en continu.La consommation en nergie des deux filires est, capacit quivalente,com-parable (1,8 2 kW/kg DBO5 limine).

Grands mcanismes en jeuDans l'tage d'aration, les eaux traiter sont en prsence de micro-organismes qui vont consommer et assimi-ler les nutriments constitus par la pollution liminer. Ces micro-organismes sont essentiellement des bactries etdes champignons (comparables ceux prsents dans les stations boues actives).

Dans l'tage de dcantation, les matires en suspension que sont les amas de micro-organismes et de particules pi-ges,dcantent pour former les boues.Ces boues sont pompes rgulirement ou enleves du bassin lorsqu'elles consti-tuent un volume trop important.Cet tage de dcantation est constitu d'une simple lagune de dcantation, voire,ce quiest prfrable, de deux bassins qu'il est possible de by-passer sparment pour procder leur curage.

En lagunage ar, la population bactrienne sans recirculation conduit :

une densit de bactries faible et un temps de traitement important pour obtenir le niveau de qualitrequis ;

une floculation peu importante des bactries, ce qui contraint la mise en place d'une lagune de dcantationlargement dimensionne.


Entre Rejet

3 m3par usager

desservi

0,3 0,5 m3par usager desservi

0,3 0,5 m3par usager desservi

Cours deau

Figure n 14 : Schma de principed'un lagunage ar(d'aprs Agences de lEau, CTGREF)


Choix des terrainsIl faut prvoir une surface comprise entre 1,5 3 m2 par usager.

Lagune d'aration

Paramtre Base de dimensionnement

Temps de sjour 20 jours (temps de sjours rduit, en fait, une quinzaine de jours aprs quelques annesde fonctionnement suite au volume occup par les dpts de matires en suspension =>il ne faut donc pas chercher rduire ce temps de sjour lors de la conception).

Volume 3 m3 par usager desservi.

Profondeur 2 3,50 m avec des arateurs de surface (les turbines rapides de 4 kW correspondent des profondeurs de l'ordre de 2,5 m, celles de 5,5 kW sont utilises avec des profon-deurs comprises entre 2,5 et 3)

> 4,00 m possible avec insufflation d'air

Forme du bassin Un carr autour de chaque arateur

Puissance spcifique

d'aration

Les besoins en oxygne sont de l'ordre de 2 kg O2 / kg DBO5. Pour limiter les dpts

un volume ne perturbant pas le traitement et, par ailleurs, prvenir la formation d'alguesmicroscopiques, il est ncessaire de surdimensionner les arateurs et d'utiliser une puis-sance comprise entre 5 et 6 W/m3. En fonctionnement, il est toujours possible de rduirele temps de marche de ces arateurs par rapport aux temps de marche des arateurs depuissance moindre, ce qui permet de limiter les surcots de fonctionnement.

Tableau n10 : Base de dimensionnement pour les lagunes ares


23/4421

Lagunes de dcantation

Paramtre Base de dimensionnement

volume 0,6 1 m3 par usager desservi (2 bassins de 0,3 0,5 m3/EH )

Profondeur 2 m afin de laisser un mtre d'eau libre avant soutirage des boues.

Forme du bassin rectangulaire avec un rapport largeur / longueur gal 2/1 ou 3/1

Tableau n11 : Base de dimensionnement pour la lagune de dcantation

L'emploi de deux lagunes de dcantation et fonctionnant en alternance facilite l'extraction des boues, qui doit avoirlieu tous les deux ans.

Mise en uvre

A l'inverse du lagunage naturel, l'tanchit par une gomembrane sera privilgie afin de limiter les risques de dgra-dation des berges par le fort batillage de l'eau en mouvement. En cas de ralisation d'une tanchification naturelle,il convient d'installer sur les berges des matriaux assurant une protection contre le batillage (bton projet, grilla-ge + enherbage en joncs). La dure de vie de l'ouvrage est en jeu.

Quel que soit le mode de construction retenu, des dalles btonnes compltent la protection contre les affouille-ments au droit de la turbine.

Exploitation

Les diffrentes tches d'entretien et de maintenance sont rpertories dans le tableau ci-aprs :

Tableau n12 : Exploitation des lagunes aresTche Frquence Observations

Nettoyage des ins-tallations de prtrai-tements (dgrillage+ cloison siphode)

1/semaine

Inspection gnraledes bassins

1/semaine

Extraction desboues des lagunesde dcantation

1 fois tous les deuxans en charge nomi-nale

La 1re vidange n'est ncessaire qu'aprs 3 ou 4 ans de fonctionne-ment.

Rgulation,

programmationde l'aration

2/an Opration la plus complexe qui ncessite, plusieurs semaines aprs

chaque programmation, une vrification du nouvel quilibre biologiquedans le bassin.

Faucardage,fauchage

2 5/an

Vrificationet relevdes compteurs

1/semaine

Tenue du cahierde bord

1/semaine

Performances

Le niveau de qualit de l'effluent est bon pour la matire organique : plus de 80 % d'abattement. Pour les nutriments,l'limination reste limite l'assimilation bactrienne et reste de l'ordre de 25-30 %.

La filire se prte aisment l'apport complmentaire d'adjuvants physico-chimiques en vue d'liminer les ortho-phosphates.


Ce procd est particulirement tolrant de trs nombreux facteurs qui engendrent, en gnral, de trs srieuxdysfonctionnements dans les procds d'puration classiques : variation de charges hydrauliques et/ou organiques importantes ; effluents trs concentrs ; effluents dsquilibrs en nutriments (cause de foisonnement filamenteux en boues actives) ; traitements conjoints d'effluents domestiques et industriels biodgradables ; bonne intgration paysagre ; boues stabilises ;

curage des boues tout les deux ans.Inconvnients techniques

rejet d'une qualit moyenne sur tous les paramtres ; prsence de matriels lectromcaniques ncessitant l'entretien par un agent spcialis ; nuisances sonores lies la prsence de systme d'aration ; forte consommation nergtique.

PROCDS EXTENSIFS DPURATION



L'association de plusieurs systmes naturels, en cultureslibres ou fixes, en srie ou en parallle,est parfois miseen uvre pour permettre d'adapter le traitement unbut spcifique (qualit du rejet, intgration des eaux depluie, influent particulier...).

En traitement principal, les expriences sont encoretrs peu nombreuses et leurs performances relles dif-

ficiles valuer. Certaines tudes (Radoux M. et al -2000) sur des MHEA (Mosaques Hirarchisesd'Ecosystmes Artificiels) montrent des potentialitsintressantes sans dfinir des bases crites de dimen-sionnement.

L'usage de filtres verticaux et horizontaux en sriesemble tre une solution intressante pour permettreun traitement plus pouss de l'azote et du phosphoresuivant le type de support utilis (Cooper - 1999). Unpremier tage de filtres verticaux permet une bonnerduction des MES,de la DBO5 ainsi qu'une nitrificationquasi complte. Un second tage de filtres horizontauxaffine le traitement sur les MES et la DBO5, et permetune dnitrification ainsi qu'une adsorption du phospho-

re si le support choisi comporte de bonnes caractris-tiques.

Des configurations plus complexes sont souvent utili-ses pour affiner des traitements secondaires ou ter-tiaires.Aprs des traitements de type lagune are oulagunage naturel, des lagunes macrophytes mergentspermettraient de s'affranchir du risque de rejets tem-poraires de qualit mdiocre.

Des systmes de lagunes facultatives suivies de lagunes macrophytes mergents sont souvent utiliss pour letraitement des eaux de pluie (Strecker et al - 1992).

Lorsque la gamme de population atteint une valeurproche de 4.000 EH, il convient de bien comparer lescots d'investissement et de gestion avec des procdsrputs plus intensifs. Les contraintes de gestion dues

des surfaces importantes ne sont pas ngliger.Une multitude de configurations est possible suivant lavolont de reproduire les divers systmes naturels dezone humide. Il faut nanmoins penser que l'accroisse-ment de la complexit d'une station d'puration de cetype se fait au dtriment de sa simplicit de gestion,pourtant souvent recherche. De plus, l'tat actuel desconnaissances scientifiques sur le fonctionnement deszones humides nous pousse le plus souvent essayer desimplifier la configuration afin de mieux contrler l'pu-ration.

Systmes combins (association des filires extensives - cultures libres ou fixes)



CONCLUSIONS : LMENTSPOUR LES CHOIX TECHNIQUES

Rsum des diffrentes filire

Les techniques d'puration rpondant la terminologie des filires extensives sont sommairement rsumes dans

le tableau ci-dessous qui fait apparatre pour certaines, la ncessit d'un traitement primaire (cf. glossaire) amont etpour d'autres, l'usage exclusif en traitement de finition (ou tertiaire).

La plupart d'entre elles assurent, une limination non ngligeable d'un des paramtres caractristiques du traitementtertiaire (azote, phosphore ou germes tmoins de contamination fcale) selon des niveaux variables et prciss ci-aprs dans le tableau 14.

Qualit des rejetsL'efficacit des filires extensives selon les paramtres est prsente ci-aprs :

Tableau n14 : Efficacit des filires extensives selon les paramtres (*cf. glossaire)

Paramtres Dsinfectionbactriologique

MO* NTK* N Global P total*

Filtres plants coulement vertical

NonOui Oui Non Non

Lagunage ar NonMoyen Moyen Non Non

Lagunage macrophytes OuiMoyen Oui Oui Oui,les premiresannes

Lagunage naturel OuiMoyen Oui Oui Oui,les premiresannes

Filtres plants coulement horizontal

NonOui Mauvaisenitrification

Bonne dni-trification

Non

Infiltration - percolation Si dimensionnementspcifique

Oui Oui Non Non

Filire Classique Traitement primaire Traitement secondaire Traitement tertiaire

Systmes mixtes,

par exemple ...

1er bassin de lagunage, 2me bassin de lagunage Infiltration - percolation

Lagunage ar Lagune are + lagune de dcantation Lagune de finition

Filtres plants coulement horizontal

Dcanteur digesteur Filtres plants coulement horizontal

Lagune are + lagune de dcantation Infiltration - percolation

Filtres plants coulement vertical + Filtres plants coulement horizontal

Infiltration - percolation Dcanteur digesteur Infiltration - percolation

Filtres plants coulement vertical

Ncessaire (des filtres plan-ts coulement verticalpeuvent tre utiliss pourassurer ce traitement pri-maire)

Filtres plants coule-ment vertical (1er tage)

Filtres plants coule-ment vertical (2me tage)

Lagunage naturel 1er bassin de lagunage 2me bassin de lagunage 3me bassin de lagunage

Lagunage macrophytes Dconseill Dconseill Un ou plusieurs bassins

Tableau n13 : les techniques d'puration extensives

* cf. Glossaire


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Avantages et inconvnients : rcapitulatif

Le choix va donc se faire au regard des avantages et des inconvnients des diffrentes techniques dont voici untableau rcapitulatif :


Tableau n15 : Rcapitulatif des avantages et inconvnients des filires extensives

Filire Avantages Inconvnients

Infiltration-

percolationsur sable

Excellents rsultats sur la DBO

5

, la

DCO, les MES et nitrification pousse ; Superficie ncessaire bien moindre que

pour un lagunage naturel ; Capacit de dcontamination

intressante.

Ncessit d'un ouvrage de dcantation

primaire efficace ; Risque de colmatage grer ; Ncessit d'avoir disposition de

grandes quantits de sables ; Adaptation limite aux surcharges

hydrauliques.

Lagunage ar Tolrant aux variation de charges hydrau-liques et/ou organiques importantes ;

Tolrant aux effluents trs concentrs ; Tolrant aux effluents dsquilibrs en

nutriments (cause de foisonnement fila-menteux en boues actives) ;

Traitement conjoints d'effluents domes-tiques et industriels biodgradables.

Bonne intgration paysagre ; Boues stabilises.

Rejet d'une qualit moyenne sur tous lesparamtres ;

Prsence de matriels lectromcaniquesncessitant l'entretien par un agent sp-cialis ;

Nuisances sonores lies la prsence desystme d'aration ;

Forte consommation nergtique.

Lagunage naturel Un apport d'nergie n'est pas ncessairesi le dnivel est favorable ;

L'exploitation reste lgre mais, si lecurage global n'est pas ralis temps, lesperformances de la lagune chutent trssensiblement ;

Elimine une grande partie des nutriments :phosphore et azote (en t).

Faibles rejets et bonne limination desgermes pathognes en t ;

S'adapte bien aux fortes variations decharge hydraulique ;

Pas de construction en dur, gnie civilsimple ;

Bonne intgration paysagre ; Bon outil pour linitiation la nature ;

Absence de nuisance sonore ; Les boues de curage sont bien stabilisesauf celles prsentes en tte du premierbassin.

Forte emprise au sol (10 15 m2/EH) ; Cot d'investissement trs dpendant de

la nature du sous-sol. Dans un terrainsableux ou instable, il est prfrable de nepas se tourner vers ce type de lagune ;

Performances moindres que les procdsintensifs sur la matire organique.Cependant, le rejet de matire organiques'effectue sous forme d'algues, ce qui estmoins nfaste qu'une matire organiquedissoute pour l'oxygnation du milieu enaval ;

Qualit du rejet variable selon les saisons ; La matrise de l'quilibre biologique et

des processus puratoires reste limite.

Filtres plants coulementvertical

Facilit et faible cot d'exploitation.Aucune consommation nergtique si latopographie le permet ;

Traitement des eaux uses domestiquesbrutes ;

Gestion rduite au minimum des dptsorganiques retenus sur les filtres du 1er

tage ;

Bonne adaptation aux variations saison-nires de population.

Exploitation rgulire, faucardage annuelde la partie arienne des roseaux,dsherbage manuel avant la prdominan-ce des roseaux ;

Utiliser cette filire pour des capacitssuprieures 2 000 EH reste trs dlicatpour des questions de matrise de l'hy-draulique et de cot par rapport aux

filires classiques ; Risque de prsence d'insectes ou de ron-

geurs ;

Filtres plantsde roseaux coulementhorizontal

Faible consommation nergtique ; Pas de nuisance sonore et bonne intgra-

tion paysagre ; Aucune ncessit d'une qualification

pousse pour l'entretien ; Bonne raction aux variations de charge.

Forte emprise au sol, abords compris.Celle-ci est de l'ordre de 10 m2/EH (qui-valente l'emprise d'une lagune naturelle).

Une installation pour des tailles de 2000 15 000 EH peut s'envisager sous rser-ve d'une rflexion pousse des conditionsd'adaptation des bases de dimensionne-ment et de l'assurance de la matrise del'hydraulique



L'importance du facteur climatique

C'est l'adquation des diffrentes caractristiques de la filire au contexte local qui doit guider le dcideur. Danscette optique, l'adaptabilit des filires aux conditions climatiques doit tre tudie plus en dtail.

Les filtres verticaux peuvent supporter des priodes de gel sans chute importante de la qualit du traitement.Cependant l'alimentation tant alterne,de longues priodes de gel sans protection thermique par la neige, peuventcompromettre l'hydraulique du filtre et donc le traitement.Une isolation par de la paille peut viter un gel excessif(Wallace et al - 2000,Brix - 1998).Cependant, on ne note aucune diffrence de rendement entre les saisons sur de

nombreux sites au Danemark.Les filtres horizontaux supportent aisment de longues priodes de gel. Plusieurs facteurs permettent d'isoler ther-miquement les eaux des tempratures extrieures : la neige, les roseaux faucards maintenus la surface et, pourdes priodes critiques de gel, la couche d'air bloque sous la couche de glace forme la surface du fi

Documents

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