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 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.

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 dépendent principalement des stations d'épuration centralisées (STEP) pour recevoir et traiter les eaux usées. Des réseaux complexes de tuyaux d'égout souterrains amènent les eaux usées des maisons et des bâtiments à la station d'épuration à l'aide de la gravité et de pompes. Ces grandes installations sont coûteuses à construire, à gérer et à entretenir. Technologies et capacités de traitement de ces systèmes sont rarement mis à niveau après les investissements initiaux et n'ont souvent pas la capacité de fonctionner correctement. 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 coûte cher, 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, l'entretien et les mises à niveau de cette vaste infrastructure sont coûteux 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 (combinés, ils sont considérés comme des eaux usées). 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 même les pluies légères dépassent souvent la capacité des canalisations, des réservoirs de rétention et des systèmes de traitement, entraînant 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. 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: Ouvre dans une nouvelle fenêtreMallik 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 vigueur 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 faire face à la charge en nutriments et aux 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 (également connus sous le nom d'assainissement sans égouts) sont des systèmes localisés à petite échelle de gestion des déchets humains où 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 à travers 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:

  • puisards, 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. Les fosses peuvent être doublées ou non revêtues d'une barrière qui assure une séparation minimale du sol et des eaux souterraines. Les cesspools s'avèrent 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 les eaux usées et une méthode de dispersion pour fournir un traitement supplémentaire pour les effluents au fur et à mesure de leur rejet. En plus de capturer les déchets bruts, 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, nécessitent ensuite le transport des déchets ailleurs pour le traitement. 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 nutriments dans les STO, il y a un manque de réglementation sur les nutriments dans les effluents d'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.

Les infrastructures d'assainissement sont limitées par la topographie d'une 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.

Aperçu du système décentralisé

  • Les traitements décentralisés sont individualisés, fonctionnent à des échelles plus petites et desservent une gamme de densités de population
  • 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 terres humides et de la végétation ralentit la percolation des effluents dans les eaux souterraines. La contamination des océans causée par les effluents d'eaux usées 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. le 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.

D'un autre côté, le rejet d'eaux usées insuffisamment traitées présente des risques accrus pour la santé des humains, des organismes et des écosystèmes. 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 biais de l'évacuation des eaux souterraines et de la lixiviation, passant souvent inaperçue. 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.

Considérations pour la sélection du système

L'infrastructure, les ressources, la géologie, la taille de la population, les normes sociales et culturelles et la politique influencent tous le choix des systèmes de traitement des eaux usées. Cette sélection est très spécifique à l'emplacement, et les systèmes centralisés peuvent en fait être moins efficaces à un coût plus élevé dans de nombreux endroits. 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, entreprises, etc.). Les infrastructures de traitement des eaux usées existantes influencent 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 ces études de cas de travaux de centralisation du traitement des eaux usées sur l'île de Rotan, Honduras et Bonaire.

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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