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Zitiervorschau

Les stations d’épurations :  fonctionnement et valorisation des  boues.

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Département de Chimie Appliquée

L’Eau, un besoin vital „

L’eau est essentielle à la vie et au développement ‰

‰ ‰ ‰

Etres humains „ Alimentation „ Hygiène „ Usages domestiques Agriculture Industries Biodiversité

Source : Unesco

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La consommation d’eau en Belgique „ „

Eaux souterraines : 385 millions de m3/an Eaux de surface : 2 230 millions de m3/an ‰

85% restitués aux cours d’eau (eau de refroidissement)

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Les pressions sur la demande mondiale „

Les prélèvements d’eaux douces ont triplé en 50 ans Croissance démographique ‰

„

Augmentation demande en produits agricoles ‰

„

Augmentation de 80 millions de personnes/an Secteur le plus gourmand en eau (70% ensemble consommation)

Évolution modes de consommation alimentaire ‰

Augmentation demande en viande et produits laitiers dans pays émergents „

„

Production de biocarburants ‰ ‰

„

Consommateur chinois : de 20 kg viande à 50 kg entre 1985 et 2009 (125 kg en 2002  aux USA)

1L de biocarburant Æ 1000 à 4000 L d’eau Production d’éthanol a triplé entre 2000 et 2007 pour atteindre 77 milliards de  litres en 2008

Augmentation des besoins en énergie ‰

Eaux de refroidissement

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Eau douce: des réserves limitées „ „

Eau douce disponible = 1 % de la totalité des eaux Au XXème siècle: ‰ ‰

„

multiplication de la population par 4 multiplication de la consommation d’eau par 7

38% de la population en situation de ‘contrainte  hydrique’

Préservation de la ressource ET épuration des eaux usées Source : Eau et développement, RGS, Gestion des connaissances

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Qu’est ce qu’une eau usée? „

Eaux  usées (eaux  polluées):  Eaux  de  qualité dégradée  de  nature  à

contaminer les milieux dans lesquelles elles sont déversées. ‰ Pollution biologique = contamination par des micro‐organismes, vecteurs de  maladies ‰ Pollution  chimique =  contamination  par  des  produits  chimiques,  dont  la  toxicité est encore mal connue pour certains „

Eau  épurée :  Eau qui sort d’une station d’épuration et qui peut être rejetée 

sans  danger  pour  le  milieu  naturel  (conformité aux  normes  de  rejet)  ou  bien  être réutilisée. Une eau épurée n’est pas potable, même après désinfection.

„

Eau  potable :  Eau  qui  satisfait  à un  certain  nombre  de  caractéristiques 

(couleur,  odeur,  substances  toxiques,  paramètres  biologiques)  la  rendant  propre à la consommation humaine.

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La charge polluante d’une eau usée ƒ Les matières solides en suspension, MES ‰

Sables, graviers, argile, mégots,…

ƒ Les matières organiques et minérales ‰

Nature diverse: ƒ Carbone organique = pollution principale à éliminer ƒ Matières azotées = seconde source de pollution ‐ Sous forme organique dans l’eau usée fraîche (urée, protéines) ‐ Partiellement sous forme minérale après passage dans le réseau  d’égouttage (ammoniaque) ƒ Matières phosphatées ‐ Phosphates minéraux et organiques (lessives, engrais)

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La charge polluante d’une eau usée ƒ Les substances chimiques et toxiques ‰

Acides, bases, pesticides, herbicides, colorants,…

ƒ Germes pathogènes et virus ‰ ‰

Origine: excréments, eaux usées hospitalières,… Micro‐organismes dans les eaux usées peuvent être pathogènes ƒ Bactérie : micro‐organisme unicellulaire se répliquant librement, ni animal,  ni végétal. Certaines formes sont pathogènes.  ƒ Virus : micro‐organisme infectieux se répliquant uniquement en pénétrant  une cellule Î Troubles gastro‐intestinaux Escherichia coli, Salmonella spp. (bactéries) Î Maladie du foie: Hépatite A (virus) Î Choléra, typhus,…

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La charge polluante d’une eau usée ƒ La notion d’équivalent habitant EH ‰ ‰

Exprime la charge polluante d’un effluent Rejet moyen de 180 L/jour 

MES 

DBO5

DCO

Azote

Phosphore

90 g/j

60 g/j

135 g/j

11 g N/j

2.7 g P/j

(Tableau de bord de l’Environnement wallon, 2005)

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Lutte contre la pollution de l’eau:  de la prévention à la remédiation

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Département de Chimie Appliquée

Mesures primaires : économiser la ressource „

Économiser l’eau à usage domestique ‰ ‰ ‰

„

Économiser l’eau à usage agricole ‰

‰

„

Douche vs. Bain, Chasses  à 2 débits, toilettes sèches Récupération de l’eau de pluie Traquer les fuites … Choix des cultures en fonction de leur consommation d'eau et du climat :  privilégier les cultures peu gourmandes en eau Meilleure gestion de l’irrigation : prendre en compte l'état hydrique des  sols et les conditions climatiques

Économiser l’eau à usage industriel ‰

Développement de procédés plus économes en eau „ Refroidissement en circuit fermé „ Recyclage de l'eau „ Procédés par voie sèche

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Mesures primaires : limiter les polluants „ „

Réduction de l’utilisation d’engrais, pesticides, … Modification de la formulation de produits ‰ ‰ ‰

Éco‐détergents Produits biodégradables Lessives sans phosphates

„

Limiter les rejets aux égoûts ou dans l’environnement

„

…

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Mesures secondaires : épurer les eaux usées „

Techniques extensives ‰ ‰

‰

Lagunage naturel Filtres plantés de roseaux (phytoépuration)

Eaux peu chargées, petites collectivités. Département de Chimie Appliquée 13

Mesures secondaires : épurer les eaux usées „

Techniques intensives ‰

Stations à biomasse en suspension (boues activées) „ Installations individuelles „ Grandes installations collectives „ Aération forcée par injection d’air

‰

Stations à biomasse fixe (lits bactériens, biodisques,…) „ Aération naturelle

www.aide.be

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L’épuration : BXL et Wallonie „

5 principales stations de la région liégeoise ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

„

Lantin : 35 000 EH (1961 – mise à niveau 2001) Embourg : 27500 EH (1996) Grosses Battes : 59 000 EH (2003) Liège Oupeye : 446 500 EH (2008) Liège Sclessin : 200 000 EH (2009)

Bruxelles ‰ ‰

Bruxelles‐Sud : 360 000 EH (2000) Bruxelles‐Nord : 1 100 000 EH (2006)

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Une station d’épuration classique Egouts

TRAITEMENT PRIMAIRE

Rivière

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Traitement primaire: Prétraitement „

Dégrillage ‰

„

Dessablage ‰

„

Élimination des gros déchets (> 1cm) à l’aide de grilles (branches,  papiers,…)

Élimination des sables et graviers par décantation

Dégraissage ‰

Récupération des graisses lorsque l’eau passe dans un bassin. L’injection  de micro bulles d’air permet d’accélérer la flottaison des graisses.

Élimination des principales particules et graisses

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Traitement primaire: Décantation „

Décantation ‰

Décantation des matières solides restantes dans l’eau. Les fines  particules se déposent au fond du bassin, elles seront raclées et  évacuées. Toute cette matière forme les boues primaires.

l’eau a perdu la plupart des matières en suspension. elle est encore chargée en pollution dissoute

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Traitement secondaire

TRAITEMENT SECONDAIRE

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Traitement secondaire „

Traitement secondaire ou biologique ‰

‰

‰ ‰

Les matières organiques biodégradables sont assimilées dans un bassin  par des microorganismes en présence d’oxygène. (boues activées) Les boues activées sont ensuite amenées dans un clarificateur où elles  décantent. Une partie des boues est réinjectée dans le bassin de boue activée. Le surplus est envoyé à la filière « boue ».

Elimine principalement la matière carbonée N’élimine pas totalement l’azote ni le phosphore

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Traitement secondaire (Clarification)

http://www.aide.be/step_serv_nz/images/saint_remy/09%20decanteur.jpg

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Traitement tertiaire ƒ Traitement tertiaire = finition avant rejet ‰

De plus en plus fréquent (normes en fonction du cours d’eau) Elimine l’azote et le phosphore en excès (risque d’asphyxie des cours  d’eau)

‰

Azote: Différents procédés biologiques

‰

Le traitement secondaire a transformé l’azote organique ou  minéral en nitrates (NO3), il est transformé ici en azote  gazeux (N2) ‰

Phosphore: Procédés physico‐chimiques Le phosphore non assimilé est précipité avec des sels de fer.

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Traitement quaternaire „

Traitement quaternaire = finition avant rejet ‰ ‰

Risque de présence d’organismes pathogènes Uniquement pour certaines stations (normes d’eaux de baignades)  35 zones de baignade en Wallonie  7 zones non‐conformes en 2009

Désinfection des eaux

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Traitement quaternaire „

Désinfections chimiques ‰

Chloration : oxydation des membranes cellulaires

+ : destruction des bactéries, facile à mettre en oeuvre ‐ :  aucune action sur les virus, stockage et manipulation de grande quantité de produit chimique, résidus toxiques pour l’homme et l’environnement Mode d’action : H2O + Cl2 Î HOCl + HCl ClO- HOCl

ClO- HOCl

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Traitement quaternaire „

Désinfection chimique ‰

Ozonation : oxydation des membranes cellulaires

+

: résidus de dégradation non toxiques, action sur les bactéries et les virus,  production sur place

‐

: très cher

Mode d’action :     OH‐ + O3  Î O2 • ‐ + HO2 •

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Traitement quaternaire „

Désinfection physique ‰

Ultra violets : Mutation de l’ADN

+ : pas de résidus toxiques, action sur les bactéries et les virus ‐ : inactivation et pas destruction des micro‐organismes, grande  consommation d’énergie Mode d’action : 

UV

+                                Î

Unité de désinfection par les UV des eaux de sortie d’une des stations d’épuration de Beijing (Chine)

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Traitement quaternaire „

Désinfection physique ‰

Photocatalyse : Oxydation des membranes cellulaires

+ : destruction des bactéries et des virus, dégradation de la matière    organique, résidus de dégradation non toxique, utilisation de la lumière  naturelle

‐ :  pas encore utilisable à grande échelle Mode d’action : H2O + TiO2 +             ÎO2‐ • + HO2 •

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Traitement quaternaire Photocatalyse : Dégradation de la matière organique en plus de la  désinfection des eaux. Mode d’action : H2O + TiO2 +               Î O2‐ • + HO2 •

TiO2

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La filière Boue

La filière Boue

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La filière Boue „

La filière « boue » ‰

Traitement de la biomasse en excès produite par le traitement secondaire „ Stabilisation:  o Diminution de l’activité des boues „ Déshydratation mécanique (de ~ 20‐50  à ~ 200‐400 g MS/L) o Centrifugation o Filtration „ Sèchage o Réduction odeurs, masse et volume o Hygiénisation o Texture pâteuse Î solide o Augmente le pouvoir calorifique „ Valorisation agricole ou énergétique „ Mise en Centre d’Enfouissement Technique (voué à disparaître)

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La production de boues „ „

1 EH ⇒ 15 à 20 kg  Matières Sèches de boue (MS) Augmentation de la production suite au niveau  croissant d’épuration ANNÉE

Production de boues (Tonnes de MS)

50000

1995

2000

2005

2010

PRODUCTION (t MS) 14 350 23 200 33 200 45 000

Production réelle Prévisions

40000

30000

Europe : environ 10 millions de tonnes de matières sèches par an soit près de 40 à 50 millions de tonnes de boue humide !!

20000

10000

0 1990

1995

2000

2005

2010

2015

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La valorisation agricole des boues „

Valeur fertilisante ‰

„

Normes à respecter  ‰ ‰ ‰

„

azote, phosphore, potassium, calcium, magnésium, oligo‐éléments,  matières organiques,…

Éléments traces métalliques (Cd, Hg, Pb) Polluants organiques (pesticides, détergents, HAP, …) Micro‐organismes pathogènes (bactéries, parasites, virus, champignons)

Nature et  localisation des sols ‰ ‰

Composition du sol (acidité,…) Distance minimale par rapport aux zones sensibles (nappes, rivières)

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La valorisation énergétique „

Incinération Î valoriser contenu énergétique Î production chaleur et  électricité

„

Différentes mises en œuvre ‰ ‰ ‰

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