Systèmes de traitement existants

Tuyau d'égout. Photo © Joe Miller
La gestion des déchets sanitaires est une préoccupation depuis les premières civilisations sédentarisées. Historiquement, les eaux usées et les eaux usées ménagères 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 transmises par les eaux usées a abouti au développement de l'assainissement dans le but de séparer les eaux usées de l'eau potable pour protéger la santé des gens. ref De nombreux systèmes de traitement ont depuis été développés pour aider à empêcher les eaux usées brutes de pénétrer dans les océans. Vous trouverez ci-dessous une introduction aux systèmes de traitement des eaux usées courants utilisés aujourd'hui.

station de traitement des eaux usées

Usine de traitement des eaux usées en Californie, USA. Photo © Michael Layefsky, Flickr

Stations d'épuration centralisées (STEP) et égouts

Contexte

Les zones densément peuplées et les villes industrialisées reposent principalement sur des stations d'épuration centralisées (STEP) pour recevoir et traiter les eaux usées. Les réseaux complexes de canalisations souterraines acheminent les eaux usées des maisons et des bâtiments vers la station d'épuration à l'aide de la gravité et de pompes. Ces grandes installations coûtent cher à construire, à gérer et à entretenir. Technologies et capacités de traitement de ces systèmes sont rarement modernisés après les investissements initiaux. Ceci est également vrai pour les canalisations d'égout, qui sont sujettes à de fréquentes fuites et débordements. La mise en place d'une infrastructure de canalisations d'égout est coûteuse, surtout en dehors des zones urbaines densément peuplées. Il existe également un risque croissant de dysfonctionnement induit par l'augmentation des précipitations, la montée des nappes phréatiques et le niveau de la mer. Outre les coûts de construction initiaux, les mises à niveau de cette vaste infrastructure sont coûteuses et relèvent généralement de la responsabilité d'une municipalité ou d'un gouvernement local.

Antenne de station d'épuration

Station de traitement des eaux usées par le haut. Photo © Alex de Haas, Flickr

Les grandes villes génèrent non seulement de grands volumes d'eaux usées, mais eaux pluviales ainsi que. Dans les zones dépourvues de absorption et la rétention qu'offrent les sols, les prairies, les forêts et d'autres caractéristiques naturelles, les précipitations n'ont nulle part où aller, de sorte qu'elles s'écoulent sur des surfaces imperméables, accumulant des débris et des contaminants, entraînant un ruissellement urbain pollué. En réponse, de nombreuses villes ont construit des égouts unitaires pour collecter et transporter les eaux pluviales vers les mêmes stations d'épuration centralisées que les eaux usées. Bien que cela semble efficace, cela augmente la vulnérabilité de tous les composants du système. Les tempêtes et les fortes pluies dépassent souvent la capacité des tuyaux, des réservoirs de rétention et des systèmes de traitement, ce qui entraîne d'importants rejets 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 plus de 3 billions de litres d'eaux usées non traitées et de ruissellement des eaux pluviales par an lors d'événements de débordement d'égouts unitaires (CSO). ref

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

Traitement

Une fois que les eaux usées arrivent dans une station d'épuration, elles 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. L'effluent est ensuite acheminé vers des bassins de décantation où la gravité aide à décanter d'autres solides 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: Ouvre dans une nouvelle fenêtreMallik et Arefin 2018

Le traitement primaire et secondaire est requis aux États-Unis par la Clean Water Act (CWA) et le nombre d'installations intégrant un traitement tertiaire est en augmentation. ref En outre, des limites sur les concentrations de nutriments dans les effluents sont mises en œuvre au niveau des États et des installations pour traiter la charge en nutriments et les eutrophisation. Les critères de traitement sont utiles, mais pas suffisants pour protéger les écosystèmes marins de la pollution.

Aperçu du système centralisé

  • Les systèmes centralisés augmentent l'efficacité du traitement, consolident les coûts de maintenance et minimisent pollution de source non ponctuelle
  • Les lacunes des systèmes centralisés comprennent un investissement initial important, un entretien coûteux et technique, des limitations de capacité, une vulnérabilité aux fuites, une vulnérabilité aux intempéries et une élimination inadéquate des nutriments

Systèmes de traitement décentralisés

Contexte

Les systèmes de traitement des eaux usées sur site (OWTS) sont des systèmes localisés à petite échelle pour la gestion des eaux usées lorsque les systèmes centralisés sont inappropriés ou n'ont pas été construits. L'hydrologie, la géologie et la géographie (ainsi que les finances, la politique et la réglementation) peuvent dicter si un égout et un système centralisé sont possibles ou si les systèmes de traitement des eaux usées sur site (OWTS) sont plus adaptés. Les zones avec des résidences dispersées, des sols peu profonds, un substrat rocheux imperméable ou des nappes phréatiques vulnérables sont souvent desservies par les OWTS. Ces systèmes peuvent être coûteux pour les propriétaires individuels, mais dans certains endroits, les coûts d'installation et d'entretien peuvent être réduits par des subventions ou des incitations locales.

Traitement

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

Les systèmes de traitement des eaux usées sur site (OWTS) collectent, traitent et rejettent les effluents d'eaux usées sur le site où ils sont produits. Il existe de nombreux types de systèmes de traitement sur site, mais les trois types suivants sont largement utilisés dans le monde:

  • Cesspools, qui n'ont qu'une seule étape de confinement et de traitement. Ici, des fosses creusées ou construites collectent les effluents pour une décantation et un traitement naturels. Il est prouvé que les cesspools sont inefficaces, fournissent un traitement inadéquat et sont progressivement supprimés, remplacés et même interdits dans de nombreux endroits.
  • Installations septiques contiennent généralement un réservoir de rétention pour l'effluent brut et une méthode de dispersion pour fournir un traitement supplémentaire pour l'effluent au fur et à mesure de son rejet. En plus de capturer les eaux usées, les réservoirs favorisent la décantation et anaérobie traitement. Un montant supplémentaire de aérobique la chambre du réservoir est de plus en plus courante pour améliorer le traitement biologique et l'élimination des nutriments, et certaines installations septiques ont même des pompes de recirculation pour déplacer les effluents entre les environnements aérobie et anaérobie. La dispersion est essentielle pour ralentir l'écoulement des effluents dans l'environnement.
  • Champs de drainage sont une technique de dispersion qui favorise les possibilités de traitement supplémentaire des effluents par des micro-organismes dans le sol, le gravier ou d'autres matériaux avant leur rejet dans le sol ou les eaux de surface. La vidéo ci-dessous de The Nature Conservancy Long Island fournit une explication plus détaillée des systèmes septiques et de puisards.

Les systèmes à base de conteneurs, qui collectent et stockent de la même manière les eaux usées sur place, exigent ensuite que les déchets soient transportés ailleurs pour être traités. Ces systèmes se trouvent principalement dans des zones avec des infrastructures limitées et comprennent des latrines à fosse, qui doivent être vidées une fois qu'elles sont pleines, et des toilettes à seau, qui sont vidées quotidiennement. Le traitement des déchets collectés à partir des options basées sur des conteneurs va des processus de traitement conventionnels décrits ci-dessus, aux nouvelles pratiques de récupération des ressources, en passant par l'absence de traitement du tout. Les options basées sur des conteneurs réussies sont décrites plus en détail dans Solutions émergentes.

Les systèmes septiques et les puisards ne sont pas conçus pour traiter les éléments nutritifs et sont inadéquats pour les éliminer des effluents et peuvent être dangereux pour les environnements marins des zones côtières. Bien qu'il y ait eu de nombreuses avancées technologiques pour aborder l'élimination des éléments nutritifs dans les STO, il y a un manque de réglementation sur les éléments nutritifs dans les effluents des eaux usées à l'échelle mondiale. Les fuites et les dysfonctionnements négligés provoquent une pollution de source non ponctuelle qui est difficile à détecter et qui n'a pas de conséquences en cas de non-conformité, laissant peu de possibilités d'application. Les mises à niveau des systèmes OWTS pour inclure une réduction améliorée des nutriments démontrent plus de rentabilité que la construction de nouvelles installations de traitement des eaux usées à grande échelle.

Aperçu du système décentralisé

  • Les traitements décentralisés sont individualisés, fonctionnent à des échelles plus petites et desservent des populations plus clairsemées
  • Les lacunes des systèmes décentralisés comprennent une mauvaise gestion ou une surveillance fréquente menant à la non-conformité, une élimination inadéquate des nutriments et des contaminants émergents, et aucun traitement des eaux pluviales

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. Tuyaux de sortie sont utilisés pour rejeter les effluents directement dans les rivières et les océans, tandis que le drainage des champs, des sols, des zones humides et de la végétation ralentit la percolation des effluents dans les eaux souterraines. La contamination des océans causée par les effluents dépend à la fois du niveau de traitement qu'il reçoit avant le rejet et de la stratégie de rejet utilisée. Des techniques avancées de réduction des nutriments et des solutions basées sur la nature peuvent permettre un traitement supplémentaire et ralentir le flux d'effluent. D'un autre côté, le rejet d'eaux usées mal traitées présente des risques accrus pour la santé humaine, organique et écosystémique. Alors que les usines de traitement à grande échelle dans les zones côtières rejettent souvent des effluents traités ou bruts directement dans l'océan, la pollution par les eaux usées provenant de systèmes de confinement plus petits se produit également, par le rejet et le lessivage des eaux souterraines, passant souvent inaperçue.

Considérations pour la sélection du système

L'infrastructure, les ressources, la géologie, la taille de la population, les normes culturelles et la politique influencent tous le choix des systèmes de traitement des eaux usées. Par exemple, une station d'épuration convient aux zones à forte densité structurelle et de population, aux réseaux de canalisations existants (ou aux ressources et à la géologie appropriées pour les installer avec succès) et à une capacité de maintenance hautement technique. Alternativement, les OWTS sont plus appropriés là où les égouts canalisés n'existent pas et qu'il y a plus de distance entre les sources d'eaux usées (maisons, commerces, etc.). L'infrastructure d'égouts existante influence l'adéquation du système, car les mises à niveau peuvent souvent être plus faciles et plus rentables à mettre en œuvre que le développement de nouvelles infrastructures. Voir cette étude de cas sur les travaux de centralisation du traitement des eaux usées sur l'île de Rotan, au Honduras.

Les outils d'aide à la décision pour sélectionner le meilleur système en fonction des contextes locaux font défaut, ce qui rend difficile la gestion adéquate de la pollution des eaux usées et des besoins en assainissement. Les considérations pour le choix du système devraient inclure l'infrastructure existante, les ressources communautaires, les attentes sociales et culturelles, le soutien ou les contraintes politiques, la géologie et l'hydrologie locales et de nombreux autres facteurs. Visiter le Ouvre dans une nouvelle fenêtreBoîte à outils pour l'assainissement durable et la gestion de l'eau pour en savoir plus sur les systèmes et technologies d'assainissement.

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