La station d’épuration biologique (STEP) s’inspire de  mécanismes naturels : un cours d’eau est capable de s’auto épurer, c’est-à-dire qu’il peut dégrader la pollution  biodégradable pour retrouver son équilibre. Cela est permis par l’action de bactéries en conditions d’aérobie (elles consomment l’oxygène). Lorsque la concentration en oxygène dissous devient trop faible, les bactéries diminuent leur activité et la dégradation se fait en conditions d’anaérobie (sans consommation d’oxygène) par d’autres bactéries. 

station d'épuration biologique STEP

Bassin biologique, traitement secondaire de station d’épuration

L’épuration nécessite une succession d’étapes faisant appel à des traitements physiques, physico-chimiques et biologiques. On distingue 4 étapes dans le traitement des eaux usées par voie biologique : les prétraitements, le traitement primaire, les traitements secondaires et la clarification. Les prétraitements permettent l’élimination des plus gros déchets. Ils reposent simplement sur des séparations physiques : le dégrillage élimine les déchets volumineux, le dessablage récolte les sables et les graviers par sédimentation. Le dégraissage-déshuilage permet quant à lui l’élimination des graisses et des huiles.

Les éléments retenus par le dégrillage sont envoyés en centre d’enfouissement technique (CET) de classe 2. Les sables récupérés sont essorés et lavés avant d’être envoyés en décharge, ou réutilisés, selon leur qualité. Le dégraissage s’effectue en injectant de l’air au fond de la cuve qui provoque leur remontée à la surface. Les graisses sont alors raclées et traitées, notamment dans les grandes stations. Celles-ci sont biodégradables mais nécessitent un bassin spécial de traitement biologique avec des temps de séjour qui dépassent un mois à cause de la longueur de leur chaîne carbonée.

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Traitement primaire, ou comment décanter l’eau

Le traitement primaire consiste en une simple décantation. La décantation permet la séparation des liquides et des solides sous l’action de la pesanteur. Les matières solides se déposent au fond des bassins et sont récupérées par raclage. A l’issue du traitement primaire classique, seules 50 à 60 % des matières en suspension sont éliminées.

Traitements secondaires pour former des flocs

Les traitements secondaires consistent à traiter la pollution carbonée et azotée. La matière dissoute y est transformée en produits décantables grâce à l’action de bactéries. La pollution carbonée est dégradée en conditions d’aérobie. Pendant ce temps, l’azote organique est oxydé en nitrites et nitrates. Puis, en conditions d’anoxie, les nitrates sont réduits en diazote. Les micro-organismes tendent à s’agglomérer entre eux et à former un floc décantable.

Clarification et devenir des boues

Une dernière décantation permet de séparer l’eau épurée et les boues dans des bassins nommés clarificateurs. Les flocs de bactéries atteignent alors une taille qui facilite leur décantation. Une partie des boues formées est alors recirculée vers le bassin d’aération afin d’entretenir la biomasse de ce dernier et maintenir ainsi les capacités épuratoires. Les boues en excès peuvent enfin être récupérées au fond du clarificateur par un pont racleur ou suceur.

Clarificateur

L’eau traitée est évacuée par surverse et peut être rejetée dans le milieu naturel. Les boues en excès sont extraites et subissent divers traitements pour diminuer leur teneur en eau : filtres à bandes, centrifugeuse, filtre presse, séchage solaire ou séchage thermique. Un polymère est souvent ajouté aux boues avant la déshydratation afin de favoriser la séparation. De la chaux est également additionnée pour augmenter la teneur massique des boues.

Lorsque les boues déshydratées sont valorisables en agriculture, elles sont stockées dans des bâtiments pour des durées de 6 à 9 mois. Des normes strictes définissent des seuils à ne pas dépasser en de nombreux éléments traces. En raison du risque de pollution accidentelle, une bonne traçabilité est assurée.

Le potentiel de valorisation énergétique peut être important. Il existe donc des installations de récupération du biogaz produit par les boues. De façon générale, les boues, longtemps considérées comme de simples déchets, deviennent aujourd’hui des produits valorisables.

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 Autres dispositifs, par-ci, par-là…

Certaines installations mettent en place des traitements physico-chimiques. Ceux-ci peuvent s’avérer plus adaptés, principalement dans le cas des effluents industriels. Des traitements tertiaires sont aussi parfois nécessaires, notamment lorsque l’eau doit être rejetée en milieu sensible (eaux de baignade ou lacs).

Une décantation lamellaire peut également  être installée. Ce dispositif comporte des lamelles parallèles inclinées. L’avantage principal est la multiplication de la surface de décantation et donc l’accélération du processus. Elle est principalement utilisée dans le traitement des eaux de pluies car ces dernières sont fortement chargées en matières en suspension et en hydrocarbures. Pour avoir un meilleur rendement, il peut également être entrepris une floculation préalable. La coagulation-floculation permet d’éliminer jusqu’à 90 % des matières en suspension. Elle est mise en œuvre grâce à l’apport d’un réactif provoquant l’agglomération des matières en suspension.

Auteur : Matthieu Combe, fondateur du webzine Natura-sciences.com

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  • Rhum d’Uquarne

    Bonjour,
    Technicien en traitement des eaux, je trouve votre article bien fait et didactique, cependant:
    – la première photo légendée « bassin de décantation primaire d’une station d’épuration » est en fait la photo d’un bassin biologique, ou bassin d’aération, soit un traitement secondaire,
    – le traitement de décantation primaire à tendance à disparaître des nouvelles stations d’épuration, ce qui augmente les rendements des traitements secondaires par un apport de nutriments plus important et constant.
    Encore merci pour vos articles.
    Romain Ducarne

  • matthieucombe

    Bien vu @rhumduquarne:disqus ! La légende est modifiée ! Cordialement