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Le traitement secondaire représente l'étape principale d'une chaîne de traitement des eaux usées. Son objectif est d'enlever la matière organique soluble et dégradable.
Classification : Il s'agit d'un traitement biologique qui repse sur l'activité des microorganismes. En fait, les stations d'épuration reproduisent en accaléré les processus naturels d'épuration qui ont lieu dans un cours d'eau. Les traitements biologiques peuvent comprendre des procédés aérobies, anaérobies ou mixtes. Pour les procédés aérobies, la biomasse peut se trouver en suspension ou fixée sur un média. Différents types de stations d'épuration peuvent être utilisés pour traiter les eaux usées municipales.
Les microorganismes épurateurs impliqués dans le traitement des eaux usées font partie des règnes suivants :
Traitement biologique avec apport artificiel d'oxygène Le principe est de faire dégrader la matière organique (en suspension ou dissoute dans les eaux usées) principalement par des bactéries (dont bactéries filamenteuses). Le brassage permanent du milieu permet le meilleur accès des bactéries aux particules et une aération importante nécessaire à la pérennité du système de biodégradation (seule la pollution biodégradable peut être ainsi traitée). Il est suivie d'une décantation à partir de laquelle on renvoie les boues riches en bactéries vers le bassin d'aération. « Les bactéries filamenteuses relient les flocs entre eux, provoquant le phénomène de "bulking" et diminuent la vitesse de décantation ». Quand elles sont moins présentes ou absentes, les flocs bactériens sont plus petits et la turbidité plus élevée ou des phénomènes de "moussage" peuvent perturber le fonctionnement de la station d'épuration. Les systèmes d’aération La qualité d'un système d’aération est évaluée, d'une part, par sa capacité d'oxygénation et d'autre part, par l’énergie nécessaire pour dissoudre un kg d’oxygène. La capacité d’oxygénation est par définition la quantité d’oxygène fournie en une heure.
 Les boues activées : Le procédé à boues activées à quatre objectifs :
La dégradation éventuelle du nitrate (en diazote) peut être provoquée en plaçant les boues en conditions anoxiques (présence de nitrate, absence d'oxygène), soit par phase dans le bassin d'aération (celle-ci étant interrompue) soit dans un bassin non aéré, nommé bassin d'anoxie. Cette dégradation est faite par des bactéries spécifiques. La reproduction des microorganismes intervient en conditions favorables, lorsque leur croissance est importante et que les bactéries se mettent à se diviser. Les exo-polymères qu'elles sécrètent leur permettent de s'agglomérer en flocs décantables (c’est la floculation). Les conditions d'opération choisies sont celles qui favorisent la décantation de ces flocs. Afin de maintenir une biomasse bactérienne suffisante, la boue est recyclée par pompage dans le bassin de décantation secondaire (la boue extraite est re-circulée vers le bassin de traitement aérobie). Une part du travail de gestion et de dimensionnement d'un système à boues activées consiste à gérer cette biomasse. Celle-ci peut être rendue insuffisante par une recirculation trop faible, une intoxication des bactéries par une pollution massive, une trop forte arrivée d'eau (phénomène de rinçage), ou bien à la mise ou remise en service, qui implique une mise en charge progressive. Bassins d'aérations : L'aération des eaux résiduaires a lieu dans les bassins contenant les boues activées, qui ont une forme appropriée en fonction du système d'aération, du mode d'introduction des eaux et de la boue activée. On appelle ces bassins : bassins d'aération, bassins à boues activées ou encore bassins d’oxydation. Les besoins journaliers en oxygène sont en rapport avec la charge organique journalière et son mode de dégradation, ainsi que la quantité d'azote à nitrifier. Finalement, l'oxygène apporté est utilisé dans la voie de la respiration pour produire de l'énergie, permettant ainsi une dégradation continue de la matière organique. Lors de la dénitrification, c'est l'oxygène des nitrates qui est utilisé. Ainsi, les besoins en oxygène sont calculés à partir des besoins des chaînes respiratoires bactériennes et des besoins pour la nitrification.  Lits Bactériens Ce sont des réacteurs biologiques à cultures fixées non immergés où les microorganismes vont former un biofilm autour d’un support filtrant, appelé garnissage. De façon simplifiée, un biofilm se définit comme une couche dense de bactéries qui ont la capacité de produire des polymères leur permettant de former un film et d’adhérer à ce support filtrant. Les premiers garnissages employés étaient des galets. Des supports en plastique ont ensuite été utilisés afin d’augmenter les capacités de traitement et permettre une réduction du colmatage de par une surface d’échange spécifique plus grande offerte par le matériau. Les lits bactériens ont généralement une forme circulaire et le garnissage est arrosé en continu avec l’eau à traiter introduite par le haut du lit à l’aide d’un bras d’arrosage rotatif. Les eaux traitées sont récupérées par un système de drains de sortie avant d’être acheminées vers un bassin de décantation finale. Une partie de cette eau traitée est recyclée dans les lits bactériens afin de diminuer la charge de l’eau à traiter et maintenir une humidité suffisante au sein des couches du biofilm.  Biodisques Système semi-immergé, le biodisque consiste en un assemblage de plusieurs disques, réalisés en matériau composite, montés et solidement fixés sur un arbre. L'arbre est mis en rotation lente par un motoréducteur, avec une vitesse comprise entre 1 et 6 rotations par minute, selon le diamètre des disques et les caractéristiques de l'effluent à traiter. Le biodisque est en partie immergé (environ à 40-60%) dans l'effluent à épurer, lui-même contenu dans un réservoir. Son mouvement rotatif le met alternativement en contact avec l'oxygène de l'air. Une flore bactérienne, nourrie par le substrat contenu dans l'effluent, se forme à la surface des disques.  |
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