Le traitement tertiaire
Le traitement tertiaire représente la dernière étape de la chaîne de traitement des eaux usées. Son objectif varie selon le type de traitement installé. Par exemple, il peut viser l'atteinte d'un niveau de traitement de qualité supérieure, comme un enlèvement plus poussé des matières en suspension. Il peut aussi avoir pour but d'effectuer l'enlèvement de l'azote ou du phosphore. La désinfection utilisée comme traitement tertiaire est souvent une variante de la déphosphatation chimique visant un enlèvement plus poussé du phosphore. Déphosphatation : Le phosphore contenu dans les eaux usées d’origine domestique constitue un élément nutritif susceptible d’entraîner une croissance excessive d’organismes végétaux (algues, plantes aquatiques) et causer l’eutrophisation du milieu récepteur. Pour être enlevé des eaux usées, le phosphore doit être fixé à des solides qui pourront être séparés de l’effluent au moyen d’un processus physique. L’enlèvement du phosphore des eaux usées se fait essentiellement par précipitation chimique ou par voie biologique, mis à part certaines technologies particulières peu répandues faisant appel à divers mécanismes. Déphosphatation chimique La déphosphatation au moyen d’ajout de produits chimiques pour la précipitation du phosphore est une application du traitement physico-chimique. Celui-ci est alors adapté en fonction de la chaîne de traitement à l’intérieur de laquelle il doit être intégré. Il s’agit d’une technologie largement éprouvée tant au Québec qu’ailleurs au Canada, aux États-Unis et dans le monde entier. Au Québec, 165 des 333 stations d’épuration municipales en exploitation au 1er janvier 1994 effectuaient une déphosphatation de leurs eaux usées, en très grande majorité au moyen de la précipitation chimique du phosphore. Déphosphatation biologique Les connaissances sur les mécanismes de déphosphatation biologique ont beaucoup progressé au cours des dernières décennies. La mise en œuvre de ces mécanismes peut prendre plusieurs formes différentes (PhoStrip, Bardenpho, Phorédox, A/O, UCT, RBS et autres). Elle fait appel à des connaissances spécialisées, tant pour la conception des installations que pour leur exploitation. La plupart de ces procédés sont basés sur un traitement par culture en suspension ou boues activées avec une complexité additionnelle pour maintenir des conditions propices au développement de bactéries déphosphatantes. Ils nécessitent aussi une gestion appropriée des boues pour prévenir le relargage et le retour du phosphore dans la chaîne liquide. Pour ces diverses raisons, la déphosphatation biologique, bien qu’elle présente des avantages intéressants au plan environnemental (peu ou pas d’ajout de produits chimiques, production de boues moindre), s’applique difficilement à de petites stations d’épuration de la taille de celles qu’il reste à construire au Québec. Une évaluation de la faisabilité de l’application de la déphosphatation biologique a démontré que certaines stations d’épuration existantes présentent un potentiel intéressant à cet égard moyennant des modifications spécifiques à chaque station. Désinfection : Les rejets d’eaux usées domestiques peuvent causer une contamination microbienne susceptible d’affecter une prise d’eau en aval ou de compromettre la pratique sécuritaire de nombreux usages de l’eau, comme la consommation de mollusques et les activités récréatives de contact direct avec l’eau (dont la baignade, le ski nautique et la planche à voile) ainsi que de contact indirect avec l’eau (dont la pêche sportive, le canotage et la voile). La désinfection des eaux usées s’avère donc parfois nécessaire. La désinfection des eaux usées est exigée lorsque la protection des usages du milieu récepteur le requiert et seulement durant les périodes de l’année où cette protection est nécessaire. Le choix d'un moyen de désinfection se fait normalement en considérant les contraintes techniques, économiques et environnementales qu'il présente. En ce sens, le mode de désinfection idéal est celui qui regroupe les caractéristiques suivantes : être efficace pour la plupart des microorganismes pathogènes ne pas engendrer la formation de sous-produits indésirables être non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique facilité d'utilisation faibles coûts d'investissement et d'exploitation Les moyens de désinfection des eaux usées utilisés couramment dans le monde sont la chloration, la chloration-déchloration, l’ozonation, le rayonnement ultraviolet ainsi que des techniques de traitement secondaire qui permettent de réduire de façon significative le nombre de microorganismes, en particulier le traitement par lagunage (étangs aérés ou non aérés), filtres à sable ou à gravier. Au Québec, le ministère de l’Environnement a pris position en 1999 : seuls les moyens de désinfection des eaux usées qui ne causent pas d’effets nocifs sur la vie aquatique et qui ne génèrent pas de sous-produits indésirables pour la santé publique sont admis. Conséquemment, les systèmes de chloration (incluant les systèmes de chlore gazeux, hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-déchloration sont proscrits. Ozonation L'ozone est un gaz instable que l'on doit générer sur place, dans les stations d'épuration, au moyen d'une décharge électrique produite dans de l'air ou de l'oxygène. L'opération consiste à transformer l'oxygène sous forme O2 en oxygène sous forme O3. Parmi les avantages de l'ozone, citons son action très rapide et efficace sur les bactéries et les virus, ainsi que sa faible propension à générer des produits secondaires indésirables. L’ozonation ne nécessite aucun transport de produits chimiques et est plus sécuritaire pour le personnel de la station d'épuration. Les désavantages de l'ozonation des eaux usées sont essentiellement d'ordre économique, puisqu’elle entraîne des coûts élevés d'investissement et d'exploitation. Au plan environnemental, l'ozonation des eaux usées constitue une solution avantageuse car la matière organique est oxydée à l'oxygène, ce qui prévient ainsi la formation de produits organochlorés. Aussi, même si l'ozone résiduel est très toxique pour la vie aquatique, il est rarement trouvé en quantité significative après la désinfection des eaux usées car l’ozone résiduel réagit très rapidement avec les différentes substances contenues dans les eaux. De toute façon, parce qu’il est instable, l'ozone résiduel est rapidement détruit. Rayonnement ultraviolet La désinfection des eaux usées par rayonnement ultraviolet consiste à faire passer les eaux usées dans un réacteur dans lequel sont placées des lampes à vapeur de mercure qui émettent des rayons UV. Les principaux facteurs à considérer lors de la conception d’une installation de désinfection des eaux usées par rayonnement ultraviolet sont : • les débits d’eaux usées, en particulier le débit maximal; • les caractéristiques des eaux usées incluant le type de traitement préalable au réacteur UV, la concentration en MES et le pourcentage de transmission; • la concentration en coliformes fécaux permise à l’effluent, en tenant compte du facteur de photoréactivation; • la dose requise de rayons UV; • les caractéristiques hydrauliques du réacteur. Les composantes d’un système de désinfection UV comprennent les lampes, le réacteur dans lequel elles sont situées, les régulateurs de puissance (« ballast ») et un régulateur de niveau d’eau dans le réacteur. La dose de rayons UV est le produit de l’intensité moyenne par le temps d’exposition. Le temps d’exposition est généralement de l’ordre de 5 à 10 secondes à débit maximal pour la désinfection d’effluent d’un système de traitement secondaire. Pour des petites installations où le débit est intermittent où très variable, un bassin d’égalisation ou une recirculation peut être considéré si requis. Lagunage Le traitement par lagunage (soit des étangs aérés ou non aérés) n'est pas, en soi, une méthode de désinfection. Toutefois, il est bien connu que les microorganismes entériques humains survivent difficilement dans un tel environnement. Aussi, plus le temps de rétention dans les étangs est long, plus l'élimination est grande. C'est pourquoi le lagunage, par décroissance naturelle des bactéries et des virus, permet parfois d'atteindre une qualité microbienne à l'effluent qui est acceptable. Il peut donc être avantageux à tous les plans d'opter pour le lagunage comme moyen de désinfection des eaux usées, lorsque le lagunage peut être envisagé comme traitement principal des eaux usées. En effet, les impacts sur les coûts d'investissement et d'exploitation, sur la sécurité du personnel et du public, et sur l'environnement sont nuls lorsque le temps de rétention prévu pour le traitement principal est suffisant pour l'atteinte des objectifs microbiens. Dans le cas contraire, il suffit d'augmenter le volume des étangs de façon à obtenir un temps de rétention plus grand et, par conséquent, une plus grande réduction des microorganismes entériques humains. Le lagunage, lorsqu'il est applicable, est généralement le moyen le plus intéressant pour atteindre une qualité microbienne à l’effluent qui est acceptable. Filtre à sable ou à gravier La filtration sur sable est une technologie à faible consommation d'énergie. Elle permet l'élimination des kystes de protozoaires (Giardia, Cryptosporidium) et des E.coli., provenant des affluents d'un traitement secondaire. Au cours de la filtration, les pathogènes et autres matières particulaires sont éliminés lors de leur passage à travers le sable ou autres matériaux granuleux et poreux. Les polluants sont retenus par tamisage, adsorption, filtrage, interception et sédimentation. Son utilisation est limitée aux petites installations. De grandes installations nécessiteraient une trop grande surface de filtration et de grands volumes de sable.
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