Il ne faut pas confondre le traitement des eaux, qui a pour fonction de les transformer en eau potable, et l'assainissement des eaux usées rejetées par le consommateur après utilisation.
c) Traiter les eaux usées : assainir l’eau.
L'assainissement des eaux usées a pour objectif de collecter puis d'épurer les eaux usées avant de les rejeter dans le milieu naturel, afin de les débarrasser de la pollution dont elles sont chargées.
Les eaux usées :
- Les eaux usées domestiques
Elles proviennent des différents usages domestiques de l'eau. Elles sont essentiellement
porteuses de pollution organique. Elles se répartissent en eaux ménagères, qui ont pour origine les salles de bains et les cuisines, et sont généralement chargées de détergents, de graisses, de solvants, de débris organiques, etc. et en « eaux-vannes » ; il s'agit des rejets des toilettes, chargés de diverses matières organiques azotées et de germes fécaux.
La pollution journalière produite par une personne utilisant de 150 à 200 litres d'eau est évaluée à :
- De 70 à 90 grammes de matières en suspension - De 60 à 70 grammes de matières organiques - De 15 à 17 grammes de matières azotées - 4 grammes de phosphore
- Plusieurs milliards de germes pour 100 ml.
- Les eaux industrielles
Elles sont très différentes des eaux usées domestiques. Leurs caractéristiques varient d'une industrie à l'autre. En plus de matières organiques, azotées ou phosphorées, elles peuvent également contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants organiques, des hydrocarbures. Certaines d'entre elles doivent faire l'objet d'un prétraitement de la part des industriels avant d'être rejetées dans les réseaux de collecte. Elles sont mêlées aux eaux domestiques que lorsqu'elles ne présentent plus de danger pour les réseaux de collecte et ne perturbent pas le fonctionnement des usines de dépollution.
- Les eaux pluviales
Elles peuvent, elles aussi, constituer la cause de pollutions importantes des cours d'eau,
notamment pendant les périodes orageuses. L'eau de pluie se charge d'impuretés au contact de l'air (fumées industrielles), puis, en ruisselant, des résidus déposés sur les toits et les chaussées des villes (huiles de vidange, carburants, résidus de pneus et métaux lourds...). En outre,
lorsque le système d'assainissement est dit "unitaire", les eaux pluviales sont mêlées aux eaux usées domestiques. En cas de fortes précipitations, les contraintes de préservation des
installations d'épuration peuvent imposer un déversement ("délestage") de ce "mélange" très pollué dans le milieu naturel. Enfin, dans les zones urbaines, les surfaces construites rendent les sols imperméables et ajoutent le risque d'inondation à celui de la pollution.
La station d’épuration.
http://www.cieau.com/junior/sommaire/8/index.htm Une visite virtuelle à télécharger :
http://www.planetecologie.org/JOBOURG/Francais/eauxusees.html
La France possède aujourd'hui environ 15 000 stations d'épuration. La quasi-totalité des communes de plus de 10 000 habitants dispose d'une station d'épuration. En France, le
rendement des stations d'épuration est, en moyenne, de 73 %, c'est-à-dire que l'on n'enlève que 73 % de la pollution. Si on considère que l'on collecte 68 % des eaux usées, le taux de
dépollution pour la France n'est que de 49 %.
De nouvelles stations sont construites chaque année. Pour répondre aux obligations, les
traitements primaires sont de plus en plus fréquemment abandonnés au profit des traitements secondaires, qui exploitent largement les filières biologiques.
1. Dans un premier temps, les dispositifs de prétraitement éliminent les solides. Ceci est réalisé par différentes techniques :
Le dégrillage consiste à faire passer les eaux usées à travers une grille dont les barreaux sont plus ou moins espacés et retiennent les éléments les plus grossiers.
Le dessablage et le dégraissage sont une décantation* des eaux: l'eau est quasiment stagnante de façon à ce que les graisses remontent en surface puis soient raclées tandis que les sables sont déposés sur les fonds des bassins et pompés.
2. Ensuite viennent les traitements primaires et physico-chimiques. Cette étape sert à diminuer un peu plus la présence des matières à même d'être décantées. Un traitement physico-chimique agglomère* les particules entre elles (métaux et minéraux) de façon à ce que les amas de particules se déposent sur les fonds des bassins de décantation.
3. Les traitements biologiques servent à extraire les polluants dissous, en grande partie des matières organiques. Le traitement est fait par des micro-organismes capables d'absorber ces matières. Ceci est fait dans un bassin d'aération: en effet, c'est le développement des bactéries aérobies qui est favorisé (et ces bactéries ont besoin d'oxygène pour se multiplier).
- traitement biologique du Phosphore : Dans les bassins les conditions aérobies discontinues (grâce à des aérateurs installés dans ces bassins) permettent aux bactéries spécifiques d’utiliser le Phosphore contenus dans l’eau et de le métaboliser.
Au final, 55% du Phosphore est éliminé par ce traitement biologique . Les 25% complémentaires sont éliminés chimiquement par floculation* après addition de chlorure ferrique dans les
bassins.
- traitement biologique de la matière organique carbonée et de l’Azote : Dans les bassins en aération discontinue, d’autres bactéries prélèvent et dégradent la matière carbonée. Des bactéries nitrifiantes* utilisent l’azote contenue dans ces eaux, formant des nitrates. A l’arrêt de l’aération, d’autres bactéries prélèvent l’oxygène des nitrates, dégageant ainsi du diazote.
Au final 80% (moyenne annuelle) de l’azote est ainsi éliminé des eaux traitées.
4. Après cela, une seconde décantation est parfois effectuée de façon à finir d'éliminer les déchets.
5. Le traitement des boues : Les boues biologiques sont dans un premier temps épaissies puis déshydratées, chaulées (afin des les compacter et stopper l’activité bactérienne), puis stockées avant d’être provisoirement envoyées dans un centre d’enfouissement ou de retraitement.
* : La floculation est le phénomène physico-chimique au cours duquel des matières en suspension forment des flocons, s'agrègent en un « floc », ce qui détruit la stabilité de la solution et entraîne leur sédimentation.
bac ES septembre 2001 métropole - thème au choix
Toute station d'épuration se fixe des objectifs. La qualité de l'effluent rejeté (l'eau de sortie) doit satisfaire des exigences fixées par circulaire ministérielle (normes d'épuration). Les documents ci-dessous montrent le suivi du fonctionnement sur un an d'une station d'épuration (d'après des relevés datant de 1990).
Document 1
Paramères analysés Normes
d'épuration MES désigne les matières en suspension 20 mg.L-1 DCO ou demande chimique enO2 (une DCO élevée indique
une forte teneur en molécules organiques) 50 mg.L-1 NTK désigne le contenu en azote (azote des molécules
organiques et des molécules ammoniacales) 10 mg.L-1
première question (10 points) - saisir des informations d'un texte
En utilisant uniquement les
informations données par le document, montrez la diversité et la gravité des pollutions.
deuxième question (10 points) - mobiliser des connaissances
Une des solutions permettant de limiter l'impact des pollutions de l'eau est l'installation de stations d'épuration.
Expliquez leur fonctionnement et les limites de leur efficacité.
Un site d’Ifremer sur l’efficacité des stations d’épuration : n’hésitez pas à cliquer sur les animations : TB :
http://www.ifremer.fr/envlit/documentation/dossiers/microbio/micro-c31.htm bac ES SVT 2004 Polynésie - thème au choix
Document 1 : une station d'épuration originale
Dans un petit village français de plus de 500 habitants, le conseil municipal a fait le choix en 1994 de traiter les eaux usées de la commune par une station dite "filtre planté de roseaux".
Cette solution semblait la mieux adaptée aux caractéristiques du village.
Pour un investissement modéré, cet équipement réceptionne plus de 90% des eaux usées domestiques du village, sans qu'il soit nécessaire d'installer un réseau séparatif(1). Les résultats sont étonnants, car la rivière recevant les eaux issues de cette station a largement retrouvé une bonne qualité. totalement intégrée dans l'environnement, ne dégageant aucune nuisance olfactive, cette station biologique est devenue un lieu de promenade du dimanche. Le principe de cette station repose sur la consommation des matières organiques des eaux sales par des micro-organismes vivant au contact des racines de roseaux. Les substances minérales issues de leur activité favorisent le développement des roseaux. la gestion de cette station consiste donc à surveiller les avant-filtres placés avant les roseaux, à faucher les roseaux une fois l'an et à les composter(2).
(1) type de réseau coûteux, séparant les eaux domestiques des eaux pluviales dans les stations classiques.
(2) transformer les déchets organiques en "engrais", de manière contrôlée
Document 2 : comparaison de trois stations d'épuration des eaux usées envisageables pour ce village
. Surface
au sol Capacité
Coût moyen
en électri.
Entretien de la
station Gestion des boues
Coût d'exploitation (€ par habitant et
par an) Station
classique à boues activées
500 m2 400 à 3 000 habitants
1 060 € - par personnel spécialisé - très régulier
production journalière 18,4
Lagunage
naturel 6 000 m2 100 à 200
habitants 0 - simple
- régulier nettoyage tous les 10 ans 7,6 Filtre
planté de
roseaux 2 600 m2 50 à 3 000
habitants 0 - simple
- régulier nettoyage tous les 10 ans
des avant-filtres 9,2
première question (10 points) - exploiter des documents et mettre en relation des information Retrouvez les arguments pour ou contre le type de station d'épuration retenu par le conseil municipal.
En images, des villages l’ont adoptée :
http://www.ac-grenoble.fr/ecole/chambery.le-pre-de-l'ane/curienne2.htm
NB : Aujourd’hui cette technique est utilisée pour réaliser des piscines naturelles : http://www.bioteich.fr/actualites_intro.php
Le principe :
Le principe est simple. Il exploite tout simplement les propriétés filtrantes et regénérescentes de certaines plantes aquatiques.
La piscine naturelle est le résultat d’un équilibre écologique entre des plantes et des micro- organismes présents dans le filtre. Les roches volcaniques du filtre retiennent les particules en suspension. Les micro-organismes opèrent une transformation chimique des particules filtrées dont le résultat est consommé par les plantes qui le transforment en biomasse. Le soleil aussi joue un rôle important par les UV agissant comme un stérilisateur. Une piscine naturelle est généralement constituée d’une chute d’eau ou d’un ruisseau qui a un rôle d’oxygénation.
d) Traiter les eaux brutes : rendre l’eau des réservoirs potable.
L’eau est très rarement potable à l’état naturel. Elle peut contenir dans des proportions variables :
- Des matières dissoutes provenant des éléments traversés (magnésium, sodium, calcium, potassium, bicarbonates, sulfates, chlorures) ;
- De l’argile en suspension pouvant favoriser le développement de bactéries toujours présentes dans les milieux aquatiques ;
- Des matières organiques issues de la décomposition animale et végétale.
Peuvent s’y retrouver aussi des éléments nocifs provenant de :
- Rejets des stations d’épuration, rejets d’usines, produits de traitement des cultures (engrais, pesticides...) ;
- Pollution virale ou bactérienne due à des déjections animales ou humaines évacuées par le sol ou déversés dans les cours d’eau.
Les eaux brutes destinées à alimenter les services de distribution d’eau potable sont
sélectionnées selon des critères physico-chimiques très précis. Certaines eaux qui ne satisfont pas à ces critères ne peuvent pas être utilisées pour la production d’eau potable. Elles doivent être protégées contre les pollutions diverses susceptibles de les rendre impropres à l’utilisation humaine.
L’eau, destinée à la consommation, doit être soigneusement traitée afin de répondre aux critères de potabilité.
Après avoir subit sensiblement les mêmes traitements que les eaux usées (dégrillage, tamisage, floculation, décantation) elle doit être assainie par
- Filtrations successives sur des matériaux différents (sables, charbon actif)
- Stérilisation par ozonation (O3) au fort pouvoir antiseptique, chloration (purification)
http://www.cite-
sciences.fr/francais/ala_cite/expositions/eau_pour_tous/potabilisation_eau.php?rub=maitrise_eau&ss _rub=00 choisir animation : « réseau d’alimentation en eau », et « phytoremédiation » (épuration
biologique) http://www.cite-
sciences.fr/francais/ala_cite/expositions/eau_pour_tous/assainissement_eau.php?rub=maitrise_eau&s s_rub=01 choisir « aquajunior » animation.
