Systèmes de traitement des eaux usées existants et défis

La gestion des déchets sanitaires est une préoccupation depuis les premières civilisations sédentarisées. 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 des contaminants dans les eaux usées ont rendu cette approche inadéquate. La découverte de maladies d'origine hydrique a abouti au développement de l'assainissement dans le but de séparer les eaux usées de l'eau potable pour protéger la santé humaine. ref De nombreux systèmes de traitement ont depuis été développés pour réduire les déchets humains bruts de pénétrer dans les océans. Vous trouverez ci-dessous une introduction aux systèmes de traitement des eaux usées courants utilisés aujourd'hui.

Considérations pour la sélection du système

Aujourd'hui, il existe différentes manières de gérer les eaux usées. La sélection d'une méthode de traitement des eaux usées dépend fortement de l'emplacement et du contexte. De nombreux facteurs déterminent le type de système le plus approprié : un système de traitement centralisé à l'égout ou un système de traitement sur site (décentralisé). La meilleure solution pour une communauté peut ne pas fonctionner pour une autre. Les considérations pour la sélection du système doivent inclure : 

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

Voir ces études de cas de travaux pour centraliser le traitement des eaux usées sur l'île de Roatán, Honduras et  Bonaire.

Les outils d'aide à la décision qui prennent en compte des critères sociaux, de santé humaine et environnementale pour déterminer le système le plus approprié en fonction du contexte local font actuellement défaut. Au fur et à mesure que les outils sont développés, il est important d'inclure les points de vue des praticiens marins sur le degré de traitement et les technologies les plus efficaces pour protéger l'océan. Visiter le Boîte à outils pour l'assainissement durable et la gestion de l'eau pour en savoir plus sur les systèmes et technologies d'assainissement.

Stations d'épuration centralisées (STEP) et égouts

Les zones densément peuplées et les villes industrialisées dépendent principalement des stations d'épuration centralisées (STEP) 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 en utilisant la gravité et des pompes. Une fois que les eaux usées arrivent à une station d'épuration, elles subissent plusieurs étapes de traitement avant d'être rejetées. 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 et d'autres facteurs. Cependant, même lorsque des traitements sont nécessaires, les échecs sont fréquents et il ne faut pas supposer que la réglementation garantit un traitement adéquat. Au niveau des municipalités et des installations, des limitations sur les concentrations de nutriments dans les effluents sont couramment mises en œuvre pour traiter la charge en nutriments et l'eutrophisation qui en résulte. 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.

Une fois que les eaux usées arrivent à une station d'épuration, elles subissent plusieurs étapes de traitement avant d'être rejetées. 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 et d'autres facteurs. Cependant, même lorsque des traitements sont nécessaires, les échecs sont fréquents et il ne faut pas supposer que la réglementation garantit un traitement adéquat. Au niveau des municipalités et des installations, des limitations sur les concentrations de nutriments dans les effluents sont couramment mises en œuvre pour traiter la charge en nutriments et les conséquences qui en résultent. eutrophisation. 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.

• 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

Le flux d'effluent à travers une station d'épuration des tuyaux d'admission au rejet. La source: Mallik et Arefin 2018

Des traitements primaires et secondaires sont nécessaires dans certains pays et le nombre d'établissements intégrant un traitement tertiaire est en augmentation. ref Cependant, même lorsque des traitements sont nécessaires, les échecs sont courants et il ne faut pas supposer que les lois en place indiquent un traitement adéquat. De plus, des limites sur les concentrations de nutriments dans les effluents sont mises en œuvre au niveau des municipalités et des installations pour traiter la charge en nutriments et les conséquences qui en résultent. Les critères de traitement sont utiles, mais insuffisants pour protéger les écosystèmes marins de la pollution.

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 égouts unitaires pour collecter et transporter les eaux pluviales vers les mêmes usines de traitement des eaux usées centralisées que les eaux usées. Cela permet à l'usine de traitement d'éliminer les huiles, pesticides, bactéries, 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 une pluie légère peuvent dépasser la capacité de ces tuyaux, réservoirs de rétention et systèmes de traitement. Le système surchargé rejette de grandes quantités d'eaux usées non traitées, y compris les eaux usées brutes, dans les cours d'eau. Aux États-Unis, 40 millions de personnes sont desservies par des égouts unitaires, qui rejettent plus de 3 XNUMX milliards de litres d'eaux usées non traitées et de ruissellement d'eaux pluviales chaque année lors de débordements d'égouts unitaires. ref

Regardez le webinaire Wastewater 101 pour plus d'informations sur la gestion des eaux usées:

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.

L'écoulement des eaux usées à travers une fosse septique conventionnelle sur place. Source: EPA Office of Water 2002

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 :

• puisards avoir une étape de confinement et de traitement. Des fosses creusées ou construites recueillent les effluents pour la 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 fournissent pas un traitement adéquat et sont remplacés dans de nombreux endroits par un système de traitement plus efficace.
• 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.
• Champs de drainage promouvoir les possibilités de traitement supplémentaire des effluents par des micro-organismes dans le sol, le gravier ou d'autres matériaux avant rejet dans les eaux souterraines ou de surface.

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

Les fosses septiques conventionnelles et les puisards ne sont pas conçus pour éliminer les nutriments ou autres contaminants des effluents, qui peuvent constituer des menaces dangereuses pour les environnements marins dans les zones côtières. Des technologies ont récemment été développées pour traiter 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 dans les effluents d'eaux usées. La mise à niveau des systèmes décentralisés pour inclure une réduction améliorée des éléments nutritifs a démontré une plus grande rentabilité que la construction de nouvelles installations de traitement des eaux usées à grande échelle. Les fuites négligées et les dysfonctionnements de ces systèmes entraînent une pollution diffuse, qui passe souvent inaperçue. Même lorsque les sources de pollution sont localisées, il y a peu de conséquences en cas de non-conformité, laissant peu de possibilités d'application.

L'infrastructure est souvent limitée par la topographie de la région. Les zones flottantes, les plaines inondables, les sols imperméables et les zones côtières peuvent rendre difficile la mise en œuvre de nombreux systèmes. Voir le étude de cas du lac Tonle Sap, au Cambodge et du lac Indawgyi, au Myanmar décrivant le développement et la mise en œuvre de Handypods par Wetlands Work.

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 les effluents directement dans les rivières et les océans. Les champs de drainage, les sols, les zones humides et la végétation ralentissent la percolation des effluents dans les eaux souterraines, ce qui aide 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 débit des effluents. Les étude de cas de Santiago en République dominicaine démontre un grand succès dans l'utilisation des terres humides artificielles pour réduire les polluants organiques rejetés dans le bassin versant.

Le rejet d'eaux usées insuffisamment traitées augmente les risques dangereux pour les personnes, les animaux et les écosystèmes. Il est relativement facile de déterminer si une usine de traitement côtière à grande échelle rejette des effluents traités ou bruts directement dans l'océan. La lixiviation à partir de systèmes de confinement plus petits et l'évacuation des eaux souterraines sont plus difficiles à détecter. Voir le étude de cas de Dar es Salaam, Tanzanie, Afrique de l'Est pour lutter contre le problème du contenu des latrines à fosse déversé dans l'environnement.