V. Résultats et discussions
5. Comparaison des procédés de traitement et impacts environnementaux
a. Comparaison des deux systèmes biologiques : boues activées et MBBR
Le système de traitement biologique à boues activées est le plus fréquemment utilisé dans les stations d’épuration urbaines françaises. Le tableau ci-dessous propose une comparaison de ce procédé avec celui rencontré sur nos sites d’étude, le procédé MBBR (ANDREOTTOLA et al 2000).
Tableau 17 : Comparaison des deux systèmes de traitement biologique : boues activées et MBBR
Boues activées MBBR
Cultures libres
Cultures fixées : plus efficaces face à des variations de charge hydraulique importantes (maintien de la culture
autotrophe en place) Non compact :
Réacteur biologique : surface 2 à 3 fois plus importante et station complète :
50% moins compact
Compact : possibilité de couvrir et de désodoriser les ouvrages
Pas de biomédias
Energie (apport d’air ou mécanique) supplémentaire pour la fluidisation des
biomédias
Coût supplémentaire pour l’apport de biomédias
Nécessite une recirculation des boues Ne nécessite pas de recirculation des boues
Concentration des boues : 3-4 g/L Concentration des boues : 100-300 mg/L Problème de bactéries filamenteuses Problème de colmatage des grilles par les
supports CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Impact environnemental : perte accidentelle des supports dans
l’environnement
D’après ce tableau comparatif, on peut dire que le traitement MBBR présente des avantages intéressants puisqu’il supporte des variations de charge hydraulique importantes, est plus compact et ne nécessite pas de recirculation des boues. Par contre, il engendre des coûts plus importants pour la fluidisation du système et l’apport de biomédias dans les bassins et nécessite l’installation de plusieurs réacteurs pour réaliser les différents traitements (du carbone, nitrification et dénitrification).
Notons qu’il serait intéressant de mener des recherches dans le but de réduire les coûts énergétiques engendrés par le système MBBR notamment au niveau de la fluidisation des biomédias. En effet, l’ajout d’agitateurs mécaniques dans les bassins fonctionnant en alternance avec l’apport d’air ou encore l’évolution de la taille et de la forme des supports pour améliorer leur mélange pourraient être des solutions à développer dans le but de favoriser l’installation de ce type de système dans les stations d’épuration.
Dans une autre optique, Orantes et al ont testé et obtenu des résultats concluants sur les performances d’un procédé MBBR avec utilisation de biomédias à bas prix pour le traitement d’eaux résiduaires urbaines (ORANTES et al 2003).
b. Comparaison des deux systèmes de clarification : clarificateur et flottateur
Le décanteur secondaire (ou clarificateur) est classiquement installé en sortie de bassin biologique à boues activées mais peut être également adapté en sortie de MBBR. Cependant, comme nous avons pu le voir, le procédé de flottation se développe de plus en plus en sortie de MBBR pour clarifier des effluents peu concentrés en MES et riches en nitrates (HELNESS et al 2005). Comparons à présent ces deux systèmes de clarification (EL-GOHARY et al 1980).
Tableau 18 : Comparaison des deux systèmes de clarification : clarificateur et flottateur
Clarificateur Flottateur
Moins cher à l’achat Plus cher à l’achat
Non compact Compact : possibilité de couvrir et désodoriser les ouvrages Coûts énergétiques liés au racleur et à la
recirculation des boues moins élevés
Coûts énergétiques pour la recirculation de l’eau traitée, le système de pressurisation et le raclage des boues
plus élevés
Pas d’utilisation de réactifs
Utilisation obligatoire de polymère : impact environnemental car polymère à
base d’acrylamide CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Adapté pour des boues décantables (concentration en MES d’entrée
supérieure à 1,5 g/L)
Adapté quand dénitrification absente et boues d’entrée faiblement concentrées en
MES (inférieures à 1,5 g/L) Concentration des boues : 5 g/L
(nécessite un épaississement aval plus important)
Concentration des boues : 35-40 g/L Perte de MES lors de
dysfonctionnements dans le bassin biologique en amont tels que le
développement de bactéries filamenteuses ou une mauvaise
dénitrification
Perte de MES lors de
dysfonctionnements du flottateur tels que la concentration en polymère, la fréquence de raclage, les coupures
d’électricité
D’après ce tableau, on remarque que les principaux avantages d’un flottateur sont sa compacité et la concentration de ses boues flottées jusqu’à 40 g/L limitant alors les étapes d’épaississement par la suite. Par contre, les coûts sont plus importants que pour un clarificateur avec notamment des coûts énergétiques supplémentaires pour le système de pressurisation et l’apport en réactifs. De plus, ce système présente un suivi d’exploitation important à respecter (polymère, raclage des boues flottées) pour limiter les risques de perte en MES dans le milieu récepteur. Les différentes techniques de traitement possèdent des avantages et inconvénients qu’il est important de connaître. Chaque technique est choisie en fonction du type d’effluents à traiter et des rendements attendus. Notons que sur certains sites, les constructeurs doivent s’adapter à la contrainte foncière par exemple qui les oblige à installer des procédés compacts (MBBR et flottation) tout en sachant que les coûts seront plus importants que pour des systèmes classiques.
c. Impacts environnementaux
Les nouveaux systèmes de traitement des eaux usées en cours de développement peuvent présenter des avantages intéressants par rapport aux systèmes de traitement classique (compacité, résistance aux variations de charge importantes…). Cependant, les impacts environnementaux qu’ils peuvent engendrer doivent être pris en compte et maîtrisés. En effet, le procédé MBBR peut présenter un impact sur l’environnement en cas de fuite des biomédias supports (débordement de bassins suite à un fort épisode pluvieux non contrôlé ou à une mauvaise maintenance des grilles devant les retenir). Début 2010, une fuite au niveau de la station d’épuration de Corbeil-Essonnes à Evry a provoqué le déversement de plusieurs mètres cube de biomédias dans la Seine. Ces déchets plastiques peuvent affecter les écosystèmes notamment lors d’une ingestion involontaire par les oiseaux ou les poissons (LAIST 1987).
De plus, concernant le procédé de flottation, comme nous avons pu le dire dans le paragraphe V.3.b., l’utilisation de réactifs (coagulants et polymères synthétiques) peut engendrer un impact environnemental en cas de surdoses ou de mauvaise polymérisation lors de la fabrication (CAULFIELD et al 2002).
Notons également qu’il est important de limiter les rejets en MES dans le milieu récepteur afin de préserver la faune et la flore y vivant. En effet, celles-ci, constituées
CemOA
: archive
ouverte
d'Irstea
de matières minérales ou organiques et de bactéries, réduisent la luminosité (turbidité de l’eau) et consomment une partie de l’oxygène présent dans l’eau ceci abaissant alors la productivité du milieu naturel par une réduction des phénomènes de photosynthèse et de la concentration en oxygène.
De plus, les apports excessifs de MES sont de nature à engendrer des maladies chez le poisson jusqu’à son asphyxie par colmatage des branchies. Par ailleurs, ces matières décantables sédimentent dans les zones de frai, colmatent les substrats et réduisent les possibilités de développement des végétaux et des macro-invertébrés les plus sensibles (action sur la chaîne alimentaire du système aquatique) (CROSA
et al 2009).