L E S A U T R E S T H È M E SLAGUNAGE AÉRÉ

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P our assurer le traitement des eauxrésiduaires urbaines, de nombreuxprocédés existent qui assurent tous

un niveau de traitement satisfaisant, dès lorsqu’ils sont adaptés à un contexte préalable-ment bien étudié. Le choix de l'un ou l'autrede ces procédés doit prendre en compte denombreux critères parmi lesquels la popula-tion, le débit, la charge organique, le mon-tant des investissements à réaliser, le coûtde l’exploitation, etc,…). Les procédés ditsintensifs (boues activées, lits bactériens)sont souvent considérés comme coûteux,mais ils ne requièrent pas une surface

importante. Les procédés extensifs (lagu-nage naturel, lagunage aéré) nécessitent degrandes surfaces mais ont l'avantage d'exi-ger moins d'investissement.Le lagunage naturel consiste à traiter leseffluents dans des lagunes en aérobiose paraction du soleil et du vent. Le processrepose le plus souvent sur trois bassins danslesquels vont se dérouler un mécanisme dephotosynthèse qui assurera le traitement deseffluents. Les épaisseurs d’eau ne dépassantpas 1 mètre sont exposées au soleil ce quipermet le développement de micro-alguesqui oxygènent alors le milieu. Le développe-

ABSTRACTTraduction du titre et du résuméen Anglais à venir

Le lagunage aéré : uncompromis technico-économique intéressant

En milieu rural, le traitement des effluents urbains par boues activées enfaible charge représente la grande majorité du parc des stations fran-çaises. Mais cette filière n’est pas toujours la plus adaptée, notammentpour les petites capacités, en raison des contraintes d'exploitation etdes coûts de fonctionnement. Le lagunage aéré peut alors constituerune alternative intéressante, pour peu qu’il soit correctement mis enœuvre. Exemple de réalisation à Loupershouse, en Moselle.

Vincent Johanet

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ment bactérien créé se nourrit alors de labiomasse et engage ainsi le processus dedépollution. Ce procédé, qui ne fonctionnecorrectement que sur des faibles profon-deurs, exige donc des surfaces importantes,de l'ordre d’un hectare pour mille habitants.Le lagunage aéré se distingue du lagunagenaturel en ce que l'aération se fait artificiel-lement, soit en surface par des aérateurs oudes turbines flottantes, soit en immersionpar insufflation d’air ; il nécessite des sur-faces dix fois moindres que le lagunagenaturel, de l'ordre d’un hectare pour dixmille habitants. Il se compose généralementde deux lagunes d’aération de 2,5 à 3 mètresde profondeur où les effluents séjournentenviron 20 jours par temps sec et une lagunede finition d’une hauteur de 1 mètre, avec untemps de séjour de 1 à 2 jours. Les avantagesdu lagunage aéré sont nombreux : investis-sement modéré pour peu que l'on dispose desurfaces adaptées, bonnes performancesépuratoires, exploitation simplifiée et moinscoûteuse. C’est ce type de procédé qui a étémis en œuvre avec succès par la sociétéISMA à Loupershouse (57).

La station de LoupershouseLa station de Loupershouse, d’une capacitéde 2.500 équivalents-habitants, traite leseaux usées de trois communes : Louper-shouse, Farschviller et Ellviller. Pourquoi lechoix du lagunage aéré ? « Nos clients,

explique Jean-Paul Forêt, direc-teur d’ISMA, recherchaient un

process efficace, économique,

simple à exploiter. Ils étaient de

plus confrontés à un réseau d’as-

sainissement de mauvaise qua-

lité, générant un volume d’eaux

parasites très important. Dans

ce contexte, un traitement par

boues activées à faible charge

n’aurait pas fonctionné correcte-

ment, faute d’une charge orga-

nique suffisante ». La Commu-nauté de communes disposant desurcroît de surfaces de terrainsimportantes et adaptées, c’est lafilière du lagunage aéré qui l’em-porte lors de l’appel d’offreslancé en 1999. Construite en2000, la station entre en serviceen 2001. Elle se compose de troislagunes aérées et deux definition : « La deuxième lagune

de finition, souhaitée par la DDE, a été

réalisée pour répondre aux besoins liés au

temps de séjour lors de très gros débits »précise Jean-Paul Forêt. À l’entrée de la sta-tion, les effluents bruts sont dégrillés et pas-sent dans un canal Venturi à section expo-nentielle équipé d'un capteur ultrasons. « La

mesure de débit en entrée est très impor-

tante pour assurer une bonne gestion de la

station d'épuration » souligne Jean-PaulForêt. Un préleveur d'échantillons multi-fla-

cons réfrigéré et asservi au débit d'entréecomplète l'autosurveillance. Les effluentssont ensuite dirigés dans la première laguneaérée, aménagée à son entrée d'une paroisiphoïde pour piéger les flottants ultimes etles graisses. À l’entrée de cette premièrelagune, une surprofondeur facilite le curagedes matières décantées à cet endroit. Sonvolume est de 4.500 m3, sa profondeur de 3mètres, le niveau d'eau étant de 2,50 mètres.L'aération et le brassage sont assurés pardeux aérateurs à vis hélicoïdale FUCHS,d’une puissance unitaire de 4 kW auxquelsvient s'ajouter un aérateur Centrox FUCHS,qui vient en complément d'aération aucentre de la lagune pour éviter toute forma-tion de monticule de boue. L'aération et lebrassage sont gérés par une horloge et unoxymètre à seuils, capables de donner si

A l’entrée de la station, les effluents bruts sont dégrillés etpassent dans un canal Venturi à section exponentielle équipéd'un capteur ultrasons fourni par ISMA.

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Le lagunage aéré :une filière tolérante

Le lagunage aéré présente l’avantage d’être tolé-rant vis-à-vis de nombreux facteurs qui pourraientengendrer des dysfonctionnements dans les procé-dés d'épuration classiques. Parmi ceux-ci, citons :- Les variations de charges hydrauliques et/ouorganiques importantes;- Les effluents très concentrés;- Les effluents déséquilibrés en nutriments, causede foisonnement filamenteux;- Les traitements simultanés d'effluents domes-tiques et industriels biodégradables;- Une bonne intégration paysagère;- Des boues stabilisées.Les inconvénients potentiels de la filière sont pourl’essentiel liés à la présence de matériels électro-mécaniques d’aération. D’où l’importance de leschoisir avec soin pour minimiser l’entretien, laconsommation énergétique et éliminer d’éven-tuelles nuisances sonores.

En plus d'une aération, l’aérateur à vis hélicoïdale FUCHS réalise un brassage et une homogénéisa-tion des eaux résiduaires et génère de façon efficace une circulation dirigée dans la lagune (déplace-ment horizontal de l'eau).

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nécessaire, le signal d'une augmentation dutemps d'aération.Les deuxième et troisième lagunes, demêmes dimensions que la première,accueillent également deux aérateurs à vishélicoïdale FUCHS asservis à une horloge età un oxymètre à seuils. Les eaux traitéessortant de la troisième lagune sont dirigéesdans un réacteur de type lit bactérienimmergé, aéré par des surpresseurs. Ledimensionnement de ce réacteur, fait appelà deux ou trois cascades, en fonction de lacharge à traiter. Les effluents nitrifiés sontensuite recirculés en partie en tête de pre-mière lagune selon un process spécifique,afin de procéder à la phase de dénitrifica-tion.La déphosphatation classique, se composed’une injection de chlorure ferrique dans unregard où un agitateur à rotation rapide, de

type FUCHS TurboStar, assure le mélange.La phase de floculation se déroule dans unsecond bassin équipé d'un agitateur à rota-tion lente, de type FUCHS FIowStar. Lesboues produites par le précipité sont ensuitedécantées en tête de première lagune de fini-tion.Parfaitement intégrée aux paysages environ-nants, la station fonctionne sans générer debruit, d’odeurs ou aucune autre nuisance. Etson rendement est satisfaisant : « Nous

sommes autour de 97 % de rendement en

DBO5, 90 à 95 % en DCO

et 97 % en MES. Nous

avons même obtenu en

novembre, 100 % de ren-

dement DBO5, 99 % DCO

et 100 % MES », assureJean-Paul Forêt. Côtéexploitation, la présencede l'agent sur la station selimite à 2 heures tous les5 jours. L’ensemble desvaleurs - les débits d’en-trée et de sortie, lescumuls, le temps de fonc-tionnement des aérateurset des autres appareils –sont télétransmises chezl’exploitant. Le systèmeest complété par unonduleur et un dispositifde téléalarme capabled’envoyer un SMS en casd’absence d’acquittementde reçu des données. Cetappareil a aussi été déve-loppé par ISMA.Au total, la station deLoupershouse constitue

donc un compromis technico-économiqueintéressant qui illustre bien les avantages dulagunage aéré. Mais pour tirer pleinementparti de ce procédé, il faut prêter une atten-tion particulière au dispositif d’aération,véritable clé de voûte du process, qui condi-tionne l’équilibre biologique dans le bassin.

Le dispositif d’aération :la clé de voûte du processL’efficacité du dispositif d’aération mis enœuvre dans le cas du lagunage aéré condi-tionne à la fois les rendements épuratoiresmais aussi le bilan énergétique de la station.Car à la différence du lagunage naturel, lelagunage aéré implique des coûts énergé-tiques qui peuvent, si les dispositifs sont maldimensionnés ou trop gourmands en éner-gie, être importants. À noter cependant quela consommation en énergie est, à capacitééquivalente, comparable à celle de la filièreboues activées.La station de Loupershouse présente cetteparticularité d’avoir été conçue sur la basede dimensionnements pratiqués en Alle-magne. « En France, explique LeonhardFuchs, Président Directeur Général deFUCHS, une entreprise allemande représen-tée en France par ISMA, l’usage est de tra-

vailler avec des puissances plus impor-

tantes en mettant en suspension les

matières en suspension dans la première

lagune. À la station de Loupershouse,

dimensionnée pour 5.000 EH en pointe, au

contraire, nous ne mettons pas en suspen-

sion mais nous laissons décanter. Résultat,

nous obtenons des rendements exception-

nels pour un coût énergétique faible, de

l’ordre de 1,8 à 2 kW/kg DBO5

éliminée

pour toute la station d'épuration, y com-

L’intégration paysagère :un atout supplémentaire

Souvent construites en zone péri-urbaine, les sta-tions d'épuration font parfois l’objet de vives cri-tiques, liées en général à leur aspect jugé tropbétonné. Le fait d'opter pour une filière extensiveexempte de nuisances sonores et présentant desqualités paysagères évidentes pourra être perçud'une manière plus positive que celui d'une stationcompacte classique, parfois vécu comme une gênesupplémentaire.

Vue de l’aérateur Centrox d’une puissance de 5,5 kW qui vient, sur la première lagune, en complé-ment des deux aérateurs à vis hélicoïdale de 4 kW.

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Les eaux traitées sortant de la 3ème lagune sont dirigées dans un réac-teur de type lit bactérien immergé, aéré par des surpresseurs. Ledimensionnement de ce réacteur, fait appel à deux ou trois cascades,en fonction de la charge à traiter.

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pris nitrification, pompage et recircula-

tion, ce qui est très intéressant ». L’aérationau sein des lagunes est assurée par des aéra-teurs à vis hélicoïdale FUCHS, qui s’estcréée une solide réputation sur ce marché.En France, ISMA est fréquemment sollicitéepour installer ces aérateurs en remplace-ment ou en complément d’appareils exis-tants qui ne délivrent pas tout à fait les ren-dements attendus. Également pour rempla-cer d’anciens pont-brosses par un aérateur àvis hélicoïdale : moins onéreux, le dispositifproposé est tout aussi efficace et supprimetoute nuisance sonore et olfactive. Dans cecas, l’appareil est monté sur un cadre et nonsur une structure flottante. Car en lagunes,l’aérateur repose sur un châssis flottantinsubmersible, le plus souvent ancré parcâble. L’aérateur, fixé de biais sur le châssis,assure une fonction d’aération en mêmetemps qu’un brassage et un déplacementhorizontal de l'eau. L’aspiration de l’air se

fait par l’intermédiaire d’un arbre creux etcircule en oblique jusqu’à l’hélice hélicoïdaleimmergée, assurant ainsi une répartitionhomogène de l’oxygène dans l’effluent. Lesavantages de ce type d’aérateur sont nom-breux. Ils sont simples et rapides à monter,

ne nécessitent pas de génie civil, ne requiè-rent pas d’entretien particulier et assurentun apport d’oxygène effectif en profondeursans créer de perturbations notables en sur-face et sans dégrader les rives des lagunes.Ils sont aussi robustes : plusieurs de cesappareils fonctionnent depuis près de 20 anssans avoir subi la moindre intervention. Ilssont enfin silencieux et surtout, économesen énergie. À Loupershouse, 6 aérateurs àvis hélicoïdale d’une puissance de 4 kilo-watts chacun, à raison de deux aérateurspar lagune, assurent l’oxygénation et le bras-sage de chacune des trois lagunes de4.500 m3. « Au total, une puissance spéci-

fique de 2 W/m3 est suffisante pour assurer

le brassage et l'oxygénation, souligne Jean-Paul Forêt. Un résultat qui est le fruit de plu-sieurs années d’expérience en matière deconceptions et de dimensionnements et quia permis au tandem FUCHS-ISMA d’accu-muler une expertise reconnue en matièred’aération. « Mais attention, tempère Jean-Paul Forêt, chaque problème est spécifique,

même s’il ressemble, en apparence, à

d’autres cas de figures ».En dehors du coût de la consommationénergétique, il faut également souligner quel'exploitation des différentes filières exten-sives en général et du lagunage aéré en parti-culier, est plus simple et donc moins coû-teuse que celle des techniques intensives,notamment grâce au très faible coût engen-dré par la gestion des boues. « Globalement,estime Jean-Paul Forêt, le lagunage aéré

permet, à capacité égale, de réaliser une

économie de 20 à 30 % sur les coûts d'in-

vestissement et de 30 à 40 % sur les frais de

fonctionnement, par rapport aux systèmes

d'épuration intensifs ». ■

Le lagunage aéré :une solution adaptée

aux effluentsagroalimentaires

Le lagunage est largement répandu en France. Onestime qu’il représente environ 20 % de l'effectifdes stations en fonctionnement. Fréquemment misen œuvre en milieu rural, il est également utilisépour certaines applications en milieu industriel,notamment dans les industries agroalimentaires etplus particulièrement les industries sucrières oules effluents viti-vinicoles. Des effluents qui présen-tent des caractéristiques particulières : DCO éle-vée, débits importants et rejets sur une campagnede quelques mois.

Agitateur de surface TurboStar FUCHS dans la phase d'injection de chlorure ferrique (traitement duphosphore).

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