Eaux usées municipales

Les systèmes modernes de collecte des eaux usées des égouts sanitaires acheminent les eaux usées par une série de canalisations depuis les bâtiments résidentiels, les entreprises et les sites industriels jusqu'aux installations de traitement des eaux usées pour le traitement et le rejet. Certains réseaux plus anciens, connus sous le nom de réseaux d'égouts unitaires, transportent également les eaux de ruissellement, qui viennent s'ajouter aux eaux usées provenant des bâtiments résidentiels, des entreprises et des sites industriels.

Les eaux usées s'écoulent dans les conduites d'égout souterraines, le plus souvent par gravité, mais parfois avec l'aide de pompes situées aux stations de relevage. En fonction de la topographie d'une zone, la longueur de ces conduites sous pression peut varier jusqu'à quelques kilomètres. Les intercepteurs sont des endroits où deux lignes se rencontrent et se rejoignent dans une conduite plus grande. Ils peuvent comprendre de grandes chambres accessibles par des trous d'homme.

1. Industriel
2. Résidentiel
3. Eaux pluviales

Le pré-traitement est généralement le premier procédé au sein de la station de traitement et consiste en un dégrillage et un dessablage. Le dégrillage est le procédé qui consiste à enlever les déchets, les chiffons et autres débris en faisant passer l'eau dans un tamis mécanique ou un tambour rotatif. Les grains sont éliminés en réduisant la vitesse des eaux usées afin que les particules inorganiques plus lourdes comme les cailloux et le sable puissent se déposer au fond et être éliminées par gravité. Les grains et les matières dégrillées sont lavés et compactés avant d'être ramassés dans une benne à ordures. Ces procédés de pré-traitement sont très importants pour les installations modernes de récupération des ressources en eau, car les grains et les débris peuvent endommager irrémédiablement les procédés en aval, y compris les mécanismes de clarification primaire, les diffuseurs d'aération et les membranes.

Pendant le traitement primaire, les clarificateurs primaires permettent aux solides organiques de se déposer par gravité, tandis que les matières grasses, les huiles et les graisses peuvent flotter à la surface. Les solides décantés sont appelés boues primaires et sont souvent épaissis dans un procédé en aval avant d'être acheminés dans un digesteur anaérobie. Les matières grasses, les huiles et les graisses flottantes sont recueillies à la surface et sont généralement ajoutées directement au digesteur anaérobie. Un clarificateur primaire type éliminera environ 70 % des solides et 45 % de la demande biochimique en oxygène des eaux usées dégrillées. Les installations modernes qui utilisent des procédés améliorés d'élimination des éléments nutritifs biologiques extraient ou fermentent souvent le carbone dans les boues primaires et dosent ce flux latéral dans des procédés anaérobies ou anoxiques en aval, comme source alimentaire pour la biologie respective.

1. Dégrillage/ dessablage
2. Clarificateur primaire

Le traitement secondaire élimine la matière organique soluble, les nutriments tels que l'azote et le phosphore, et la plupart des solides en suspension qui échappent au traitement primaire. Le plus souvent, sont utilisés des procédés biologiques dans lesquels les microbes métabolisent les composés organiques et les nutriments pour croître et se reproduire. Les deux procédés de traitement secondaire biologique les plus courants sont les systèmes de croissance fixée et les systèmes de croissance en suspension. Un procédé de croissance en suspension favorise la croissance de flocs et de micro-organismes en suspension provenant d'organismes individuels déjà présents dans les eaux usées et dans les boues activées de retour. Les flocs contiennent des organismes qui peuvent éliminer les polluants dans des milieux aérobies, anoxiques et anaérobies. Une fois les polluants éliminés, les flocs sont envoyés dans un procédé de clarification secondaire où ils se séparent de l'eau par gravité. Une partie des boues dans le fond du clarificateur secondaire est ensuite renvoyée en amont pour être mélangée à l'effluent primaire (boues activées de retour) afin de créer une liqueur mixte. Le reste des boues est retiré du procédé (boues activées) pour créer l'écologie idéale des micro-organismes. Les systèmes de croissance fixée s'appuient sur le fait que les micro-organismes se fixent à un milieu et créent un biofilm. Les eaux usées décantées sont soit mélangées, soit saupoudrées sur le support revêtu d'un biofilm sur lequel les micro-organismes éliminent les polluants. Tout comme le procédé de croissance en suspension, les fragments de biofilm et les flocs en suspension sont envoyés dans un clarificateur secondaire pour séparation où les boues sont recyclées et déchargées tandis que l'eau propre est rejetée.

Pour que le traitement biologique fonctionne efficacement, les organismes ont besoin d'éléments nutritifs dans un rapport équilibré, dont le carbone, l'azote et le phosphore (appelés C:N:P), ainsi que d'oligo-éléments comme le fer, le cuivre, le zinc, le nickel, le manganèse, le potassium, le soufre et d’autres composants qui se trouvent généralement dans les eaux usées. Le rapport C:N:P communément accepté est de 100:5:1. Bien que certaines installations prospèrent en dehors de ce rapport, d'autres connaissent une formation de boue polysaccharidique ou une croissance bactérienne filamenteuse qui nuisent à la biologie et à la sédimentation dans le clarificateur secondaire.

Plusieurs procédés biologiques peuvent être utilisés pour compléter le traitement secondaire, y compris les bassins d'aération à écoulement piston, les bassins d'aération homogènes, les réacteurs biologiques séquentiels, les chenaux d'oxydation, les filtres à ruissellement, les réacteurs biologiques à lit mobile, les boues activées à film fixe intégré, et autres.

L'élimination biologique des nutriments (EBN) modifie l'environnement des micro-organismes pour éliminer l'azote et le phosphore de l'eau. Un procédé EBN se compose d'étapes anaérobies (pas d'oxygène, pas de nitrate), anoxiques (nitrate présent, pas d’oxygène), et aérobies (oxygène présent), au cours desquelles l'eau est passée à travers une série de chambres pour exécuter diverses fonctions biologiques.

Des procédés de traitement chimique peuvent également être utilisés, comme l'élimination chimique du phosphore. En introduisant un précipitant chimique dans le bassin d'aération et dans les clarificateurs, le phosphore est éliminé par floculation. Il se lie en composés insolubles qui se déposent et peuvent être éliminés en tant que boues.

1. Aeration
2. Secondary Clarifier

Dans le traitement tertiaire, des techniques telles que la filtration, la désinfection, l'absorption du carbone et d'autres procédés sont utilisées pour éliminer la charge organique restante, les solides en suspension ou dissous, les agents pathogènes et les métaux lourds qui passent par d'autres procédés de traitement. Aussi appelé polissage des effluents, le traitement tertiaire permet d'élever la qualité de l'effluent au niveau approprié à l'usage auquel il est destiné, que ce soit pour le rejet dans les lacs, les rivières ou les océans, la réutilisation en irrigation non agricole (parcs, terrains de golf, voies vertes, etc.), l'alimentation en eau souterraine ou, dans certains cas, comme affluent pour les usines d’eau potable. Les effluents des stations d’épuration des eaux usées doivent être surveillés afin d'assurer le respect des limites des permis de rejet d'effluents, qui varient en fonction de la province et du pays.

1. Filtration
2. Disinfection

La méthode de traitement d'élimination des boues du procédé dépend du volume de solides ainsi que d'autres conditions propres au site. La digestion aérobie est souvent utilisée par des installations avec un débit entrant de moins de trente millions de litres par jour. Les boues activées et, le cas échéant, les boues primaires, sont ajoutées à un réacteur aéré où les micro-organismes se nourrissent des matières organiques et des micro-organismes présents dans les boues pour réduire la teneur en solides volatils ainsi que la masse totale des boues. La digestion anaérobie est généralement utilisée par des installations avec un débit entrant supérieur à trente millions de litres par jour et implique l'utilisation de réacteurs scellés pour créer un environnement anaérobie permettant à différents organismes de se nourrir des matières organiques et des micro-organismes présents dans les boues grâce aux procédés d'acidogenèse et de méthanogenèse. Le méthane formé par la digestion anaérobie peut être utilisé comme combustible dans les chaudières pour chauffer le digesteur, être brûlé ou nettoyé et réutilisé comme source d'énergie verte.

L'épaississement consiste à concentrer les boues en éliminant un pourcentage de la partie liquide par l'ajout de composés polymères, et est souvent utilisé avant la digestion anaérobie. La boue peut être concentrée davantage en un gâteau en utilisant la déshydratation à l'aide de presses à bande, de centrifugeuses ou d'autres moyens. Le gâteau peut ensuite être séché, ou tout simplement éliminé par épandage sur le sol ou dans des décharges.

1. Epaississement et digestion
2. Déshydratation des boues et traitement des biosolides

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Grâce à ces systèmes, les données sur le débit, la composition de l'eau, l'oxygène dissous, les niveaux de nutriments et d'autres facteurs sont plus faciles à suivre et à vérifier. Cela conduit à des options de traitement plus réactives, à des capacités d'automatisation, à la visualisation des données et à la génération de rapports.

A l'aide de données sur la qualité de l'eau, le débit et d'autres facteurs, les opérateurs peuvent réduire le surtraitement (produits chimiques et temps de fonctionnement des ventilateurs d'aération) tout en sachant que leur station restera dans les limites de conformité.

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