Le traitement tertiaire et quaternaire des eaux usées
3.4. Le traitement tertiaire (N et P)
Lorsque l’eau épurée doit être rejetée en milieux particulièrement sensibles, tels que les lacs, étangs et rivières souffrant de phénomène d’eutrophisation, un traitement tertiaire est réalisé afin d’éliminer l’azote et le phosphore.
Selon la directive européenne, toutes les stations de plus de 10 000 équivalents habitants doivent être munies d’un traitement tertiaire (N et P). (S.Vandermeersch,2006)
Dans les eaux usées, l’azote est essentiellement présent sous forme organique et ammoniacale. Outre l’assimilation de l’azote par les bactéries qui n’agit que faiblement sur sa réduction, l’abattement de l’azote se réalise en deux phases successives :
a) Nitrification (en milieu oxygéné)
La nitrification consiste en la transformation de l’ammoniaque en nitrate, elle est réalisée de façon biologique par les bactéries nitrifiantes.
Or, ces bactéries ont une faible croissance, le temps de rétention des eaux dans le bassin d’aération doit donc être assez long. La nitrification ne se produit donc pas dans le traitement secondaire, mais bien par un traitement aérobie tertiaire, plus long. (M. DEGREMONT,2001)
b) Dénitrification (en milieu pauvre en oxygène)
Le nitrate ainsi produit est éliminé par la dénitrification7 biologique. La dénitrification est le processus par lequel les bactéries dénitrifiantes anaérobies convertissent le nitrate en azote gazeux (N2).
Cette relation est réalisée par le fait que, en absence d’oxygène, ces bactéries sont capables d’utiliser immédiatement l’oxygène des nitrates comme un oxydant. Le donneur d’électrons sera de préférence du carbone organique.
La source de substrat carboné est donc très importante. En pratique, cette étape sera réalisée grâce à un bassin tertiaire anaérobie. Dans certains cas, les quantités de carbone organique apportées par l’effluent peuvent être insuffisantes pour obtenir une dénitrification poussée. (M. DEGREMONT,2001)
L’ensemble des réactions de réduction de l’azote est schématisé à la figure
Figure n°7 : Ensemble des réactions de réduction de l’azote (M. DEGREMONT,2001)
En pratique, les stations d’épuration réalisent le processus complet ou non selon le cas :
Le but de cette phase est de produire un effluent contenant exclusivement de l’azote sous forme de nitrate, cette forme d’azote ne consommera donc plus d’oxygène lorsqu’il sera rejeté en milieu naturel, contrairement à l’ammoniaque.
L’effluent ne contient presque plus d’azote, le processus complet ayant été réalisé. (S.Vandermeersch,2006)
3.4.2 Phosphore
Comme cité précédemment, le phosphore est un élément important dans les phénomènes d’eutrophisation des lacs, étangs et rivières. Or, une grande source de phosphore provient de l’eau urbaine. Il est donc primordial dans certains cas d’assurer un traitement tertiaire de déphosphatation.
Il existe différentes façon d’éliminer le phosphore des eaux : biologiquement ou chimiquement.
a) Biologiquement
Le principe de la déphosphatation biologique consiste en une accumulation de phosphore dans la biomasse microbienne, essentiellement par les bactéries accumulatrices de polyphosphate (poly-P), en vue de réaliser des réserves d’énergie ou des réserves en phosphore. (M. DEGREMONT,2001)
Cette déphosphatation demande une alternance de séquences anaérobies/aérobies: l’alternance de ces séquences a pour but de modifier l’équilibre enzymatique régulant la synthèse du poly- P en phase anaérobie. (M. DEGREMONT,2001)
Des bactéries acétogènes, anaérobies facultatives, utilisent le carbone organique mis à leur disposition pour produire de l’acétate. Ces micro-organismes vont accumuler progressivement du phosphore jusqu’à des valeurs pouvant atteindre 10 à 11 % de leur poids sec.
L’acétate produit est réutilisé par des bactéries du groupe Acinetobacter/ Moraxella. Ce sont des bactéries aérobies strictes qui ne peuvent utiliser qu’une gamme de substrats plutôt limitée.
La précipitation du phosphore par voie chimique se réalise de la même manière que celle dans le cas du traitement primaire physico-chimique.
Pour les zones sensibles, il est primordial de rejeter une eau épurée ne contenant pas de concentration élevée en pathogènes. C’est pourquoi un traitement supplémentaire est parfois réalisé : la désinfection. Cette dernière peut s’effectuer par différentes méthodes, notamment par la chloration, les UV et l’ozonation. (S.Vandermeersch,2006)
3.5.1 La chloration
Le chlore est un oxydant puissant, il est très actif dans l’élimination des micro- organismes. Cependant, suite aux réactions avec la matière organique et/ou les ammoniums, il y aura formation de composés secondaires organochlorés et/ou chloramines très cancérigènes.
Etant donné le caractère cancérigène des sous-produits de la chloration, le chlore est de moins en moins utilisé et même interdit dans certains pays. (S.Vandermeersch,2006)
3.5.2 Les rayons ultraviolets
Le traitement par rayons ultraviolets est très performant. Il est fort répandu dans le monde. Les systèmes UV sont conçus en deux parties : la chambre de traitement, appelée aussi réacteur et le module électrique.
L’eau à désinfecter transite dans une chambre d’irradiation où sont placées des lampes à mercure, isolées de l’eau par des gaines en silice ou quartz, émettant un rayonnement ultraviolet. (S.Vandermeersch,2006)
3.5.3 L’ozonation
L’ozone est un procédé de désinfection utilisé aux États-Unis, en Afrique du Sud et au Moyen-Orient essentiellement. Il est très efficace dans l’élimination des micro-organismes.
Une installation d’ozonation comprend 4 parties :
- – Le traitement de l’air utilisé pour la production d’oxygène : l’air utilisé pour la production d’ozone doit être sec et propre ; d’où son traitement préalable,
- – Le générateur électrique d’ozone appelé ozoneur : l’ozone est produit en soumettant cet air sec à une décharge électrique ou à une irradiation UV,
- – Le transfert de l’ozone dans l’eau par turbinage, hydro-injection ou diffusion,
- – Le système de récupération et traitement des évents ozonés : les évents chargés en ozone sont récupérés et éventuellement réutilisés pour une étape de pré-ozonation de l’eau en tête de traitement.
L’excès d’ozone est éliminé par destruction thermique ou catalytique. (S.Vandermeersch,2006)
Figure n°8 : Schéma d’un système d’ozonation (S.Vandermeersch,2006)
Les procédés de traitement usuels nécessaires comportent un traitement secondaire minimal suivi d’une filtration et d’une désinfection.
