Digital Fabrication Studio DFS 2017: Etude sur le traitement de l'eau.

ÉTUDE SUR LE TRAITEMENT DES EAUX USÉES :

« Différents types d'effluents sont rejetés par une habitation : on appelle "eaux grises" les eaux provenant des lavabos, lave-linge, douche, etc. et "eaux vannes" les eaux rejetées par les toilettes. Ces dernières sont responsables à elles seules de 60 % de la pollution à traiter. Ces eaux usées contiennent des matières organiques, azotées et phosphorées, des micro-organismes pathogènes et des matières en suspension pouvant provoquer maladies, pollution organique et eutrophisation. Leur traitement permet donc d'éliminer ces risques et de sauvegarder les milieux naturels »

LES STATIONS D’ÉPURATIONS :

Étapes :

Prétraitement :

Nom :	Rôle :
Dégrillage	Va permettre de retirer les gros déchets non solubles par un système de grille dont les mailles sont de plus en plus petites. (Élimine les branches, les sacs plastiques, ...)
Dessablage	Filtration par décantation qui permet l’élimination des sables et autres particules de petites tailles résultant par exemple de l’érosion des canalisations.
Dégraissage	De petites bulles sont injectées dans l’eau, ce qui va faire monter les graisses à la surface. Ces graisses et huiles vont former une fine couche à la surface qui vont être récoltées par raclage.

Dans cette première étape, seules des opérations physiques et mécaniques sont effectuées. Les objets éliminés en phase de prétraitement sont ceux dont la dimension ou la nature généraient le reste de l’opération. Le dégrillage et le dessablage vont permettre d’éliminer les éléments solides qui useraient vite les pompes, et les autres éléments. Les huiles sont éliminées pour éviter un encrassage des canalisations.

Dessablage et dégraissage peuvent être effectués ensemble, dans le même bac de traitement.

Traitement primaire :

Traitement primaire (Décantation)

Séparation par décantation. Élimination des matières en suspension. Au fond du décanteur les matières supprimées forment un lit de boue

Traitement mécanique, dans de grands bassins, fonctionne par décantation avec adjonctions de produits chimiques. Cette étape se produit dans des bassins de grandes tailles. La manière déposée au fond du bassin est facilement évacuée et est appelée « boue primaire ».

Traitement secondaire :

Par voie biologique :

_Traitement des composés organiques :
Élimination des sucres, graisses et des protéines, qui, si ils restent et se dégradent consommeraient le dioxygène de l’eau, nécessaire à la vie aquatique. → Par bactéries et rajout artificiel d’oxygène dans les eaux.
_Nitrification : Élimination de l’ammoniaque (Nocif pour la faune aquatique) contenu dans l’eau grâce aux bactéries. Elles transforment l’ammoniaque en Nitrite, puis en Nitrate.
_Dénitrification : Élimination des nitrates, transformé en diazote (volatile).

Par voie physico-Chimique :

_Déphosphatation : Peut être effectuée de diverses manières.
Par traitement physique avec des membranes.
Par traitement chimique par formation d’un précipité insoluble récupérable.
Par traitement biologique où des bactéries aérobie vont accumuler le phosphate dans leurs organismes.
Voir même combiner les méthodes.

Traditionnellement c’est la version biologique qui est utilisée, bien que parfois, la méthode Physico-Chimique soit additionnée à la première ou la remplace.

La voie Physico-Chimique va permettre la fixation des Phosphates qui une fois rejetés dans le milieux naturel vont conduire à une prolifération des algues.

Traitement tertiaire :

Traitement bactériologique
(Peu utilisé dans nos pays car nous disposons de beaucoup d’eau, et nous relâchons l’eau traitée dans la nature. Le traitement bactériologique permet de rendre l’eau potable.)

_Par UV : On fait passer l’eau dans un canal afin de la soumettre à une source de rayonnements Ultra Violets, dont les lampes sont submergées.
_Par voie Physico-Chimique :
On désinfecte l’eau à l’aide de Chlore ou d’Ozone dans un premier temps. Ensuite on peut éliminer les métaux en solution dans l’eau. Pour ce faire, il faut faire varier le Ph de l’eau, ce qui va permettre une décantation des métaux.

Procédés alternatifs

Des procédés de lagunages naturels peuvent aussi être utilisés en fin de station. Ou, si nous ne disposons pas d’assez de place, des systèmes verticaux existent pour de petites quantités.

Indispensable pour toute station de plus de 10.000 Équivalent Habitant.

Traitements par bactéries aérobies et anaérobies, permet principalement l’élimination de l’Azote et du Phosphore.

Traitement quaternaire :

Élimination des micro-polluants

Certains micro-polluants ne sont pas traités par les différents systèmes vus auparavant. Ces micro-polluants vont être par exemple, les traces de médicaments, les pesticides, les cosmétiques, … Présents entre quelques microg à quelques nanog par litre.
Méthode 1 : Contact avec le charbon actif :
Méthode 2 : Ozonation continue

Généralement les micro-organismes encore présent dans l’eau à ce stade, qui sont des organismes utilisés dans le processus de traitement de l’eau, ne sont pas un problème et sont naturellement éliminés sous l’effet des rayons uv, et des prédateurs (entre autres) après leurs rejets.

Toutefois si l’eau est libérée en amont d’une zone de baignade ou tout autre zone ou l’eau est susceptible d’être utilisée, il est préférable de lui faire passer le traitement quaternaire.

Et elle peut ainsi être libérée dans le milieu naturel sans problèmes.

MICRO STATION EPURATION :

Les micro-stations d’épuration, permettent de réaliser à partir d’un seul dispositif compact le traitement des eaux usées domestiques (douche, toilette, lavabo..).

Elles permettent d’assurer à la fois le prétraitement et le traitement de l’eau, grâce à un principe de dégradation de la pollution par des micro-organismes naturellement présents dans l’eau (bactéries, enzymes) qui sont favorisés par une oxygénation/anoxie de l’eau, sans ajout de produits chimiques.

Etapes:

Le traitement primaire BASSIN N°1	Le prétraitement et la décantation : Traitement anaérobie	Phase de séparation des éléments liquides et solides de l’eau : éléments lourds au fond – légers en surface Homogénéisation des polluants chimiques et organiques Dégradation anaérobie (bactéries qui ne consomment pas d’oxygène) des matières solides Production d’un effluent liquide utile pour la 2^ème étape Besoin d’un système de ventilation pour évacuer les gaz et éviter les mauvaises odeurs
Le traitement secondaire BASSIN N°2	Le réacteur biologique : Traitement aérobie	L’effluent produit lors de la 1^ère étape est aéré par un générateur d’air et mis en contact avec des bactéries épuratrices aérobies naturellement présentes (qui consomment de l’oxygène). Ces bactéries digèrent les matières organiques de l’eau et les transforment en CO2 Une période d’anoxie est tout de même nécessaire afin de réduire les nitrates et les nitrites.
Le traitement tertiaire BASSIN N°3	La clarification	Permet de séparer les matières en suspension et les eaux traitées. Les boues secondaires se déposent dans la partie inférieure du bassin et sont renvoyées au décanteur primaire (bassin n°1) par un système de recirculation (pompe)
Etape n°4	Rejet des eaux dans le sol	Les eaux sont rejetées dans le sol pas : Infiltration directe Irrigation des végétaux Dans un cours d’eau

Dans certains modèles de micro-station, les phases 2 et 3 peuvent être réalisées dans un même compartiment : dans ce cas, la temporisation horaire permet de clarifier les eaux.

Il existe 2 types de micro-stations :

A culture libre : les bactéries sont en suspension dans l'eau et la boue
A culture fixée : les bactéries sont fixées sur des supports qui peuvent être, des minéraux, de la laine de roche, des fibres végétales, du plastique…

Le média doit contenir une très grande surface afin d’accrocher une forte densité de bactéries épuratrices (-> forme du matériaux importante)

Avantages :

Faible surface au sol, peu de travaux de terrassement…
Procédé d’épuration naturel
Possibilité d’utiliser l’eau filtrée en irrigation ou autre
Rapide à installer
Pas de mauvaises odeurs
Durée de vie longue (+/- 20ans)

Inconvénients :

Besoin d’apport régulier de « nourriture » pour que les bactéries restent actives (1 à 3mois)
Ne fonctionne pas avec les eaux de pluie qui perturbent le fonctionnement des bactéries
Nécessite de l’électricité (de 0,85Wh/j à 6kWh/j selon modèle)
Vidange +/- fréquentes selon le volume de stockage des boues
Prix : 2 à 5 habitants : àpd 6000€

Dimensionnement :

Elles sont dimensionnées selon un nombre d’équivalent habitant, qui dépend de la capacité maximale d’accueil de l’habitation.

MICRO STATION D’EPURATION SANS ELECTRICITE

La micro station d’épuration sans électricité est aussi appelée filtre compact.

Elle est composée d’un système relativement simple composé d’une fosse septique et d’un massif filtrant.

Le massif filtrant est en réalité une fosse composée de différents matériaux plus ou moins naturels qui permettent aux bactéries de se développer et d’ainsi filtrer les eaux usées.

Ex : de médias filtrants : fibre de coco, zéolithe…)

La station fonctionne en 2 etapes :

Le traitement primaire BASSIN N°1	Le prétraitement	Principe de fosse septique : les matières lourdes se déposent dans le fond de la cuve, les plus légères (huiles…) flottent à la surface – fonctionne avec des bactéries anaérobies Dans cette cuve, l’eau passe par un préfiltre avant de rejoindre la seconde étape de traitement.
Le traitement secondaire BASSIN N°2	Traitement physique	Les matières en suspension dans l’eau sont filtrées grâce au média filtrant (fibre de coco, laine de roche, zéolithe…) qui remplit la cuve
	Le traitement biologique	Les bactéries naturellement présentes dans les effluents se développent sur les fibres et éliminent les impuretés de l’eau
Etape N°3	Rejet des eaux	Après vérification de la qualité de l’eau, elles peuvent être rejetées en milieu naturel

Avantages :

Compact
Procédé d’épuration naturel, écologique (fibre de coco…)
Possibilité d’utiliser l’eau filtrée en irrigation ou autre
Rapide et simple à installer
Peu d’entretien
Matériaux filtrants très performants : 4-10 ans laine de roche / 10 ans coco / 25 ans zéolithe
Passif : ne nécessite pas d’électricité
Durée de vie longue (+/- 20ans)
Pour de petite installation 1 à 10 EH