Systèmes de traitement existants

La gestion des déchets sanitaires est une préoccupation depuis les premières civilisations sédentaires. Historiquement, les eaux usées étaient rejetées dans les cours d’eau les plus proches, profitant de la dilution et de l’oxydation comme traitement. Cette idée d’« auto-purification » n’était pas incorrecte ; de nombreux contaminants peuvent être éliminés par des processus naturels avec une exposition, un temps et une dilution suffisants. Cependant, la croissance démographique et l’augmentation de la pollution des eaux usées ont rendu cette approche inadéquate. La découverte de maladies d'origine hydrique a abouti au développement de systèmes d'assainissement dans le but de séparer les eaux usées de l'eau potable afin de protéger la santé humaine. ref De nombreux systèmes de traitement ont depuis été développés pour réduire la quantité de déchets humains bruts entrant dans les océans. Vous trouverez ci-dessous une introduction aux systèmes de traitement des eaux usées couramment utilisés aujourd’hui.

Types de systèmes de traitement des eaux usées

Systèmes de traitement centralisés

Les zones densément peuplées et les villes industrialisées dépendent principalement de stations d’épuration centralisées pour recevoir et traiter les eaux usées. Des réseaux complexes de conduites d’égout souterraines acheminent les eaux usées des maisons et des bâtiments vers la station d’épuration par gravité et par pompes. Une fois arrivées dans une station d’épuration, les eaux usées subissent plusieurs étapes de traitement avant d’être rejetées :

• Primaire, ou physique, le traitement commence par le criblage: les eaux usées passent à travers des tamis pour éliminer les gros solides. Effluent est ensuite amené dans des bassins de décantation où la gravité aide à décanter des solides supplémentaires en suspension.
• Secondaire, ou biologique, le traitement vise à éliminer les matières organiques des eaux usées avant la désinfection. L'oxygène et les micro-organismes sont utilisés pour catalyser et promouvoir des réactions biochimiques qui décomposent les contaminants. Ce processus modélise les systèmes naturels et est rendu plus efficace par l'aération ou l'exposition à de l'oxygène supplémentaire. L'oxygène est nécessaire à la décomposition et l'aération aide à éliminer les gaz dissous. Ces réactions encouragent finalement les particules restantes à se déposer. Les techniques courantes de traitement biologique comprennent les filtres à ruissellement et les boues activées, qui augmentent la surface disponible pour les micro-organismes, ainsi que leur densité.
• Tertiaire, ou un traitement chimique, est utilisé pour favoriser la décantation et l'élimination des nutriments. Les polymères ajoutés attirent les polluants pour créer des grumeaux tandis que les filtres à charbon ou à charbon catalysent l'adsorption physique pour réduire les nutriments.
• Enfin, les effluents sont désinfectés pour neutraliser les agents pathogènes restants. Alors que le chlore est l'un des désinfectants les plus courants, UV ou l'ozone peut être préféré pour minimiser les concentrations chimiques résiduelles. ref

Flux d'effluents à travers une usine de traitement des eaux usées, depuis les tuyaux d'admission jusqu'à leur évacuation. Source: Mallik et Arefin 2018

Les types de traitements utilisés et la qualité de l'eau traitée varient en fonction de l'emplacement, des conditions de l'eau, de la disponibilité de la technologie de traitement, des objectifs de réduction de la pollution et d'autres facteurs. Un traitement primaire et secondaire est requis dans certains pays et le nombre d'établissements intégrant un traitement tertiaire est en augmentation. ref Cependant, même lorsqu'un traitement est nécessaire, les échecs sont fréquents et il ne faut pas présumer que la réglementation garantit un traitement adéquat. Au niveau des municipalités et des installations, il existe souvent des limites sur les concentrations d'éléments nutritifs dans les effluents afin de gérer la charge en éléments nutritifs et les conséquences qui en résultent. eutrophisation (en anglais). Bien que les critères de traitement soient utiles, ils ne suffisent pas à protéger les écosystèmes marins de la pollution sans la mise en œuvre généralisée de mesures de réduction des nutriments.

Réseaux d'égouts unitaires

Dans les grandes villes urbaines, de nombreux paysages manquent de absorption et les capacités de rétention qu'offrent les sols, les prairies, les forêts et d'autres éléments naturels. Lorsqu'il pleut, l'eau s'écoule sur des surfaces imperméables (c. eaux pluviales. Pour minimiser les impacts sur les plans d'eau, de nombreuses villes ont construit des systèmes d'égouts unitaires pour collecter et transporter les eaux pluviales de plusieurs endroits vers les mêmes usines de traitement des eaux usées centralisées que les eaux usées. Cela permet à la station d’épuration d’éliminer les huiles, les pesticides, les bactéries, les sédiments et autres contaminants contenus dans les eaux pluviales. Bien qu'un système d'égouts unitaires semble efficace, de fortes tempêtes, une fonte des neiges importante et parfois même de légères pluies peuvent dépasser la capacité de ces canalisations, réservoirs de rétention et systèmes de traitement. Le système surchargé rejette de grandes quantités d’eaux usées non traitées, y compris des eaux usées brutes, dans les cours d’eau. Aux États-Unis, 40 millions de personnes sont desservies par des égouts unitaires, qui rejettent chaque année plus de 3 XNUMX milliards de litres d’eaux usées non traitées et d’eaux pluviales lors de débordements d’égouts unitaires. ref

Voir cette étude de cas de travaux de centralisation du traitement des eaux usées sur l'île de Roatán, Honduras.

Systèmes de traitement décentralisés

Les systèmes décentralisés de traitement des eaux usées, ou systèmes d'assainissement sans égouts, sont des systèmes sur site à petite échelle pour la gestion des déchets humains.

Une installation septique conventionnelle. Source : EPA 2018

Les systèmes de traitement des eaux usées décentralisés collectent, traitent et rejettent les effluents d'eaux usées sur le site où ils sont générés. Il existe de nombreux types de systèmes de traitement sur site. Les types suivants sont les plus courants dans le monde :

• Installations septiques comprennent généralement une fosse septique et un champ d’épuration. Le réservoir est un conteneur enterré et étanche, généralement constitué de béton, de fibre de verre ou de polyéthylène. La matière organique est digérée dans le réservoir et le processus sépare les matières flottantes (par exemple les huiles et les graisses) et les solides des eaux usées. L'effluent est lentement déchargé du réservoir dans une série de tuyaux perforés enfouis dans un champ d'épuration, des chambres ou d'autres unités spéciales.
• Champs de drainage, qui font partie d'une installation septique, favorisent les possibilités de traitement supplémentaire des effluents par des micro-organismes présents dans le sol, le gravier ou d'autres matériaux avant leur rejet dans les eaux souterraines ou de surface.
• puisards avoir une étape de confinement et de traitement. Des fosses creusées ou construites collectent les effluents pour une décantation naturelle. Les fosses peuvent être sans revêtement ou séparées du sol et des eaux souterraines par une barrière en pierre ou en béton. Les puisards ne permettent pas un traitement adéquat et sont remplacés dans de nombreux endroits par des systèmes de traitement plus efficaces.
• Systèmes basés sur des conteneurs collecter et stocker les eaux usées sur place et exiger que les déchets soient transportés ailleurs pour traitement. Ces systèmes se trouvent principalement dans les zones aux infrastructures limitées et comprennent des latrines à fosse, qui doivent être vidées une fois qu'elles sont pleines, et des toilettes à seaux, qui sont vidées quotidiennement. Le traitement des déchets collectés à partir d'options basées sur des conteneurs peut aller de processus de traitement conventionnels, de nouvelles pratiques de récupération des ressources ou de l'absence de traitement du tout.

La vidéo ci-dessous de The Nature Conservancy Long Island fournit une explication plus détaillée des systèmes septiques et de puisards.

Les systèmes septiques et puisards conventionnels ne sont pas conçus pour éliminer les nutriments ou autres contaminants des effluents, ce qui peut constituer une menace dangereuse pour les environnements marins des zones côtières. Des technologies ont récemment été développées pour gérer l'élimination des nutriments dans les systèmes décentralisés, mais ces nouvelles solutions n'ont pas été largement mises en œuvre en raison d'un manque mondial de réglementation sur les nutriments présents dans les effluents d'eaux usées. La mise à niveau des systèmes décentralisés pour inclure une réduction accrue des éléments nutritifs est coûteuse, mais s'est révélée plus rentable que la construction de nouvelles installations de traitement des eaux usées à grande échelle. Apprenez-en davantage sur ces nouvelles technologies dans le Solutions de gestion émergentes section de cette boîte à outils. Parmi les autres inconvénients des systèmes décentralisés figurent les fuites et les dysfonctionnements qui peuvent entraîner une pollution diffuse et qui passent souvent inaperçus ; et peu de conséquences en cas de non-conformité, même lorsque les sources de pollution sont retracées, ce qui laisse peu de possibilités de mise en application.

Décharge

Décharge d'un tuyau de sortie. Photo © pixabay

Après traitement à partir de systèmes centralisés ou décentralisés, les effluents traités sont rejetés directement dans les plans d'eau voisins ou dans le sol. Les types de traitement appliqués aux eaux usées et l'emplacement du rejet influent sur la mesure dans laquelle les effluents d'eaux usées polluent l'océan. Tuyaux de sortie rejeter leurs effluents directement dans les rivières et les océans. Alternativement, drainer les champs, les sols, les zones humides et la végétation ralentit la percolation des effluents dans les eaux souterraines, ce qui contribue à éliminer les polluants. Cela a conduit au développement de techniques avancées de réduction des nutriments et de solutions basées sur la nature pour ralentir le flux des effluents. Le étude de cas de Santiago en République dominicaine démontre un grand succès dans l’utilisation des zones humides artificielles pour réduire les polluants organiques rejetés dans le bassin versant. Voir le Solutions de gestion émergentes pour plus d’informations sur les techniques innovantes de réduction des nutriments et les solutions basées sur la nature.

Le rejet d’eaux usées mal traitées augmente les risques pour les personnes, les animaux et les écosystèmes. Il est relativement facile de déterminer si une station d’épuration côtière à grande échelle rejette des effluents traités ou bruts directement dans l’océan. Il est plus difficile de détecter le lessivage provenant de petits systèmes de confinement et des rejets d’eaux souterraines. Voir le étude de cas de Dar es Salaam, Tanzanie, Afrique de l'Est pour un exemple de la manière de lutter contre le problème du déversement du contenu des latrines à fosse dans l'environnement.

Comment sélectionner un système de gestion des eaux usées

Il existe diverses manières de gérer les eaux usées. Le choix d’une méthode de traitement des eaux usées est très spécifique à l’emplacement et au contexte. De nombreux facteurs déterminent quel type de système est le plus approprié : un système de traitement centralisé avec égouts ou un système de traitement décentralisé sur site. La meilleure solution pour une communauté peut ne pas fonctionner pour une autre. Les considérations à prendre en compte lors de la sélection d’un système de gestion des eaux usées doivent inclure :

• Ressources communautaires
• Taille de la population
• Normes et attentes sociales et culturelles
• Soutien politique ou contraintes réglementaires
• Géologie et hydrologie locales
• Objectifs de réduction de la pollution
• Infrastructure existante

Lorsqu'ils déterminent le système ou la technologie d'assainissement le plus adapté à votre site et à votre contexte, les gestionnaires marins peuvent consulter des outils d'aide à la décision qui tiennent compte de critères sociaux, de santé humaine et environnementaux. Les exemples incluent le Boîte à outils pour l'assainissement durable et la gestion de l'eau qui permet de mettre en évidence différentes options d’assainissement en fonction des intrants ou des extrants sélectionnés ref et ce diagramme de flux de WaterAid, qui cartographie le flux d'excréments de la source à la mer, mettant en évidence les zones où les actions de gestion fonctionnent bien et les zones où des améliorations sont nécessaires.