Les traitements "secondaires", l'élimination biologique des matières polluantes : Les traitements primaires ne permettent d'obtenir qu'une épuration partielle des eaux usées, donc il faut réaliser des traitements secondaires. Ces derniers correspondent à l'élimination des matières polluants solubles, tel que, le carbone et l'azote en réalisant des procédées biologies, membranaire ou physicochimique. Mais dans la majorité des cas, cette élimination s'appui sur les procèdes biologiques qui utilisent l'activités des bactéries présents dans l'eau, qui dégrades les matières organique. Ils sont soit : aérobie : c'est-à-dire nécessitant un apport d'oxygène. anaérobie : se déroule en absence d'oxygène. Il existe plusieurs procédés biologiques d'épuration, dont les plus connus : les procédés de lagunage naturel, des boues activées et des lits bactériennes. Les procèdés biologiques extensifs : Un Phénomène naturel, l'épuration par lagunage est réalisée grâce à un équilibre biologique, auquel participent des bactéries, du zooplancton, des algues et éventuellement des roseaux. Les matières en suspension de l'eau brute décantent dans le bassin de tête. Les bactéries assimilent la pollution dissoute, et l'oxygène nécessaire à cette dépollution est fourni par les algues (photosynthèse). Le zooplancton consomme les algues. Eventuellement, les roseaux peuvent filtrer l'eau en sortie avant rejet. L'ensemble de ces phénomènes apparaît dans deux ou trois bassins en série (un bassin de stabilisation : ou lagune facultative, un bassin de maturation ou finition en complément au traitement et Un bassin de maturation) ce qui autorise l'étagement des phénomènes épuratoires. Le lagunage naturel peut être utilisé en traitement complet des effluents ou en traitement tertiaire pour affiner la qualité de l'eau traitée par une boue activée un bassin anaérobie Ce mode d'épuration permet : d'éliminer 80% à 90% de la DBO d'éliminer 30% de l'azote. De contribuer à une réduction très importante des germes. Les procédés biologiques intensifs : Ils regroupent toute une série de techniques ayant en commun le recours à des cultures bactériennes qui "consomment" les matières polluantes. Il existe deux grandes catégories de procédés biologiques artificiels : Les installations à "cultures libres", dans lesquelles la culture bactérienne est maintenue en suspension dans le courant des eaux usées à traiter Les installations à "cultures fixées", où la culture bactérienne (appelée aussi "biofilm", "film biologique" ou "biomasse") repose sur un support (caillou, plastique, milieu granulaire fin). Traitement des boues activées : (Les installations à cultures libres) Il s'agit d'un système d'épuration aérobie dans lequel, la culture bactérienne formée des genres achromobacter, Bacillus, Pseudomonas, Flavobacteruim, Echerechia coli et Alcaligenes, est maintenue à la fois d'apporter l'oxygène nécessaire à l'épuration et de brasser les eaux usées. Ce brassage est indispensable pour l'homogénéiser le mélange et d'éviter les dépôts. Les matières organiques contenues dans l'eau se transforment en carbone (sous forme de dioxyde de carbone) sous l'action des bactéries. Les résidus ainsi formées, contenant ce stocke de bactéries sont appelés boues. Après un temps de séjours dans ce bassin d'aération, l'effluent est renvoyé dans un clarificateur, appelé aussi décanteur secondaire. L'eau épurer est ainsi séparée par des boues par décantation. Ensuite, les boues sont soit envoyées dans une unité de traitement spécifique, en vue de leur épandage agricole ou de leur élimination, soit réinjectées pour partir dans le bassin d'aération. On peut qualifié cette opération de recirculation des boues. Ce recyclage d'une partie des boues produites par le système d'épuration permet de maintenir la masse des bactéries contenues dans le bassin d'aération à un niveau compatible avec performances épuratoires attendues. Les traitements par boues activées éliminent 85% à 95% de la DBO selon les installations. Le traitement des boues passe par trois étapes : l'épaississement : consiste à réduire le volume des boues produites au cours du traitement de l'eau. Les boues primaires, issues des décanteurs lamellaires sont admises dans des épaississeurs statiques gravitaires. La digestion anaérobie des boues : dans les stations d'épuration produit du biogaz (mélange de méthane et de gaz carbonique) exploité pour réduire les émissions qui contribuent au réchauffement de la planète. La déshydratation : des boues aboutit à la réduction de l'humidité. Selon l'efficacité de la déshydratation, on obtient des boues pâteuses, des boues solides ou des boues sèches. Il existe de nombreux procédés de déshydratation, qui diffèrent selon le principe de fonctionnement : • Egouttage à travers un support filtrant (système drainant) ; • Filtration sous pression (filtre-presse, filtre à bandes presseuses, presse continue) ; • Filtration sous dépression (filtre sous vide). • Décantation accélérée (centrifugeuse) ; • Combinaison d'une filtration et d'une évaporation naturelle (lit de séchage). Devenir des boues traitées : Actuellement, il existe quatre utilisations pour les boues semi-liquides ou préalablement séchées : • L'épandage agricole • L'élaboration de compost • L'incinération • La mise en décharge Les installations à "cultures fixées" : Peuvent recourir à différents types de supports pour les cultures bactériennes Les lits bactériens : la technique des lits bactériennes consiste à faire ruisseler les eaux à traiter sur un support solide ou se développe une culture de microorganisme épurateurs, le film biologique ou biofilm .ce dernier est peuplé par les bactéries tel que, achromobacter, alcaligenes, Flavobacter, Pseudomonas, Micrococcus et Entrobacteriacea. On y trouve les champignons surtout, Fusarium aproductum, Geotrichus candidum et Comiothyrium fucdelic. On y trouve aussi des populations différentes des algues vertes et des algues bleus et enfin une population animale formée de protozoaires comme les Ciliers qui se trouvent dans tous les endroits aérobie, les vers, les crustacées, les mollusques et les larves d'insectes. Lorsque les eaux usées traversent un clarificateur et au contacte des fils biologiques, les matières organiques se dégradent. Cette dégradation est assurée par les enzymes produits par les microorganismes et qui dégradent les grosses molécules de matières organiques. Les métabolites résultants vont pénétrant plus facilement dans là la cellule bactérienne pour être oxyder en cas d'aérobiose, ou être hydrogéner en cas d'anaérobiose. La dégradation des protides entraîne la fermentation des acides aminés ou des produits azotées qui en milieu aérobie se transforment en NO2 et NO3. de même les produits de dégradation des glucides et des acides donnent en milieu aérobie du CO2 et H2O tandis que les composées sulfurés donnent les sulfates. En milieu anaérobie, il y a formation d'aldéhyde, d'alcool, de produits aminées et aussi la formation de N2, H2S, acide gras relatives et CH4. Cette technique nécessite de placer un clarificateur en aval du lit bactérien pour éliminer les boues résultantes des matières organiques dégradées, et un décanteur en amont du lit pour éviter les colmatages. Cette technique permet d'éliminer 80% de la DBO. Biofiltration : Technique utilisant une culture bactérienne fixée sur un support granulaire fin ou milieu granulaire immergé dans un bassin. Les matières utilisées pour le support sont soit naturelles « pouzzolane, argile expansés, schistes » soit synthétique « bille de polysystéme expansé ».quel que soit le matériel retenu, il doit être se caractérisé par son action filtrante et permette une fixation maximale des cultures biologique. Cette technique permet d'éliminer 90%de la DBO et peut également éliminer l'azote. Les disques biologiques : L'eau usée, préalablement décantée, alimente un ouvrage dans lequel des disques fixés sur un axe sont mis en rotation à vitesse lente. Sur ces disques biologiques en plastique se développe alors un film bactérien. Lors de leur émersion, ces bactéries prélèvent l'oxygène nécessaire à leur respiration et lors de l'immersion, elles absorbent la pollution dissoute dont elles se nourrissent. Dès que le film biologique dépasse une épaisseur de quelques millimètres, il se détache et est entraîné vers le décanteur final où il est séparé de l'eau épurée. Les boues ainsi piégées sont renvoyées par pompage périodique vers l'ouvrage de tête pour y être stockées et digérées. L'Infiltration percolation : L'infiltration sur sable est un traitement biologique par cultures bactériennes fixées sur supports fins. Les eaux usées prétraitées ayant préalablement subi une décantation primaire sont déversées et réparties sur un massif de sable, à l'air libre. En percolant au travers de ce massif, elles sont d'abord débarrassées des matières en suspension par filtration superficielle, puis leur matière organique est dégradée et leurs composés azotés sont oxydés sous forme de nitrates par les bactéries fixées qui se développent au sein du massif. La réoxygénation du massif est assurée par échanges gazeux entre l'atmosphère et les interstices du sable lorsque la plage d'infiltration est dénoyée entre deux apports et pendant les périodes de repos. Les trois lits d'infiltration, d'une surface unitaire d'environ 0,5 m² / EH, sont alimentés en alternance deux fois par semaine : 3 à 4 jours d'alimentation et 7 jours de repos. Au cours de cette période de repos, les bactéries consomment aussi leurs réserves et leur nombre décroît pour éviter un engorgement du massif. Pour répartir correctement les eaux usées sur toute la surface de chacun des lits, une alimentation syncopée (dite aussi " par bâchées ") est indispensable. Elle stimule également la réoxygénation par effet d'aspiration de l'air avec l'eau qui s'infiltre. Le massif filtrant peut être recouvert de terre végétale, on parle alors de filtres enterrés (dont le massif filtrant peut être du sable ou par exemple de la pouzzolane dans les régions où elle est abondante). Ces systèmes ont une intégration paysagère plus facile et peuvent, le cas échéant, être placés à moindre distance des habitations (il faut cependant veiller aux risque d'odeurs du traitement primaire : décanteur-digesteur ou fosse toutes eaux). Leur conception doit toutefois être particulièrement soignée et leur dimensionnement être plus large (de l'ordre de 3 m² par équivalent habitant, au total) pour prendre une marge de sécurité, dans la mesure où le massif filtrant n'est plus accessible.Les eaux traitées sont récupérées en partie basse par drainage. Les Filtres plantés de roseaux : Il s'agit d'un procédé biologique à cultures fixées sur supports fins donc basé sur la percolation de l'eau usée au travers de massifs filtrants colonisés par des bactéries qui assurent les processus épuratoires. A la différence des lits d'infiltration, la caractéristique principale des filtres plantés de roseaux réside dans le fait qu'ils peuvent être alimentés directement avec des eaux usées brutes sans décantation préalable et après un simple dégrillage. Ceci est rendu possible par la plantation de roseaux dont l'important système racinaire se développe dans le massif filtrant. Il comporte des tiges souterraines (rhizomes) à partir desquels se développent des tiges qui viennent perforer les dépôts superficiels et ainsi créent des passages pour l'eau en évitant le colmatage. Les filtres plantés de roseaux comportent 2 étages en série, chacun étant en général constitué de 3 filtres en parallèle. Le massif filtrant des filtres du 1er étage est constitué de graviers reposant sur une couche drainant mise à l'air par des cheminées d'aération. Ceux du second étage complètent le traitement, en particulier, la nitrification des composés azotés, et sont donc constitués de sables, plus fins. Comme les lits d'infiltration, les filtres plantés de roseaux doivent être alimentés en alternance (changement de ligne de filtres 2 fois par semaine) et par bâchées pour répartir correctement les eaux. Avec un réseau séparatif, le dimensionnement global de l'installation est de 2 m² par équivalent habitant (environ 1,3 m² pour le 1er étage et 0,5 à 0,7 m² pour le second). Les filtres sont toujours étanchéifiés et drainés. La Désinfection par chloration Les produits chlorés (eau de javel, chlore) ont un grand effet bactéricide grâce à leur pouvoir oxydant qui permet la destruction des germes pathogènes. La désinfection à l'eau de javel est simple à mettre en œuvre. Livrée sous forme liquide, elle est stockée dans une cuve avant d'être reprise par une pompe doseuse pour être injectée dans le bassin de contact où transite l'eau à désinfecter. Le chlore gazeux est livré et stocké sous forme liquéfiée dans des bouteilles (ou tanks) sous pression. Par connexion sur la bouteille, le chlore gazeux est soutiré pour être mélangé grâce à un hydroéjecteur à une eau de service, ce qui permet la production d'eau chlorée. Celle-ci est injectée dans le bassin de contact. Classification et rejet des effluents : Une décantation opérée dans des bassins spéciaux appelés clarificateurs permet de séparer l'eau épurée et les boues issues de la dégradation des matières organiques. L'eau épurée peut alors être rejetée dans le milieu naturel, tandis qu les boues récupérées seront renvoyées vers le bassin d'aération.
