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Traitement des eaux usées

À l'échelle mondiale, le traitement des eaux usées constitue
le premier enjeu de santé publique : plus de 4 000 enfants de
moins de 5 ans meurent chaque jour de diarrhées liées à
l’absence de traitement des eaux et au manque d’hygiène
1
induit .

Les eaux usées sont toutes les eaux chargées de différents

éléments provenant de la population mais aussi des activités
commerciales et industrielles du fait qu'elles ont été utilisées
pour le lavage ou les toilettes, qui sont de nature à polluer les Bassins utilisés dans une usine de
milieux dans lesquelles elles seront déversées. C'est traitement des eaux usées (ici vides)
pourquoi, dans un souci de respect de ces différents milieux, de la ville d'Albury en Australie.
des traitements sont réalisés sur ces effluents par le réseau
d'assainissement urbain.

Ces traitements peuvent être réalisés de manière collective dans une station d'épuration ou de
manière individuelle. La plupart des stations d'épuration fonctionnent selon les mêmes processus de
base, mais des différences plus ou moins importantes peuvent exister dans la manière de mettre en
place ces processus. Le traitement se divise généralement en plusieurs étapes.

Sommaire
1 Histoire
2 Prétraitement
2.1 Dégrillage et tamisage
2.2 Dessablage
2.3 Dégraissage
3 Traitement primaire
4 Traitement secondaire
4.1 Traitement par voie biologique
4.1.1 Traitement des composés organiques
4.1.2 Nitrification
4.1.3 Dénitrification
4.2 Traitement par voie physico-chimique
4.3 Déphosphatation
5 Traitement tertiaire
5.1 Traitement bactériologique
5.2 Traitement bactériologique par rayonnement UV
5.3 Traitement par voie physico-chimique
6 Traitement des odeurs
7 Notes et références
8 Bibliographie indicative
9 Voir aussi
10 Liens internes
11 Liens externes

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Histoire
Des hommes préhistoriques ont disposé leurs campements près de cours d'eau, l'eau leur servant
comme boisson, moyen de transport, source d'énergie mais aussi comme moyen d'assainissement.
Durant l'Antiquité, les eaux usées des agglomérations sont collectées et évacuées par des égouts et
parfois traitées par phytoremédiation, comme les Romains utilisant les plantes des marais pour leur
2
Cloaca Maxima ou se servant des eaux usées comme engrais .

Au Moyen Âge, le développement anarchique des villes rend difficile la mise en place de réseaux
d'égouts.

Le traitement des eaux usées est historiquement récent et est lié à la croissance démographique
importante dans les villes suite à la révolution industrielle. La décomposition des matières
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organiques est étudiée dans les annés 1920, ce qui permet de développer l'épuration biologique .

Prétraitement
Le prétraitement consiste en trois étapes principales qui
permettent de supprimer de l'eau les éléments qui gêneraient
les phases suivantes de traitement. Toutes les stations
d'épuration ne sont pas forcément équipées des trois, seul le
dégrillage est généralisé, les autres sont le dessablage et le
déshuilage.

Dégrillage et tamisage

Article détaillé : Dégrillage.

Le dégrillage et le tamisage permettent de retirer de l'eau les déchets insolubles tels que les branches,
les plastiques, serviettes hygiéniques,. En effet, ces déchets ne pouvant pas être éliminés par un
traitement biologique ou physico-chimique, il faut donc les éliminer mécaniquement. Pour ce faire,
l'eau usée passe à travers une ou plusieurs grilles dont les mailles sont de plus en plus serrées. Celles-
ci sont en général équipées de systèmes automatiques de nettoyage pour éviter leur colmatage, et
aussi pour éviter le dysfonctionnement de la pompe (dans les cas où il y aurait un système de
pompage).

Dessablage

Le dessablage permet, par décantation, de retirer les sables mélangés dans les eaux par ruissellement
ou amenés par l'érosion des canalisations. Ce matériau, s'il n'était pas enlevé, se déposerait plus loin,
gênant le fonctionnement de la station et provoquant une usure plus rapide des éléments mécaniques
comme les pompes. Les sables extraits peuvent être lavés avant d'être mis en décharge, afin de
limiter le pourcentage de matières organiques, la dégradation de celles-ci provoquant des odeurs et
une instabilité mécanique du matériau.

Dégraissage

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C'est généralement le principe de la flottation qui est utilisé pour l'élimination des huiles. Son
principe est basé sur l'injection de fines bulles d'air dans le bassin de déshuilage, permettant de faire
remonter rapidement les graisses en surface (les graisses sont hydrophobes). Leur élimination se fait
ensuite par raclage de la surface. Il est important de limiter au maximum la quantité de graisse dans
les ouvrages en aval pour éviter par exemple un encrassement des ouvrages, notamment des
canalisations. Leur élimination est essentielle également pour limiter les problèmes de rejets de
particules graisseuses, les difficultés de décantation ou les perturbations des échanges gazeux.

Le dessablage et le déshuilage se réalisent le plus souvent dans un même ouvrage : les sables
décantent au fond de celui-ci tandis que les graisses remontent en surface.

Le déshuilage peut aussi se faire par coalescence. Ce procédé permet un niveau de déshuilage hors-
norme.

Traitement primaire
Article détaillé : Traitement primaire.

En épuration des eaux usées le traitement primaire est une simple décantation qui permet de
supprimer la majeure partie des matières en suspension. Ce sont ces matières qui sont à l'origine du
trouble des eaux usées.

L'opération est réalisée dans des bassins de décantation dont la taille dépend du type d'installation et
du volume d'eau à traiter. De la même manière, le temps de séjour des effluents dans ce bassin
dépend de la quantité de matière à éliminer et de la capacité de l'installation à les éliminer.

La décantabilité des matières dans un bassin est déterminée par l'indice de Mohlman. Cet indice est
déterminé chaque jour dans les stations d'épuration importantes afin de vérifier le bon
fonctionnement du système.

À la fin de ce traitement, la décantation de l'eau a permis de supprimer environ 60% des matières en
suspension, environ 30% de la demande biologique en oxygène (DBO) et 30% de la demande
chimique en oxygène (DCO). Cette part de DBO supprimée était induite par les matières en
suspension. La charge organique restant à traiter est allégée d'autant.

Les matières supprimées forment au fond du décanteur un lit de boues appelé boues primaires.

Le traitement primaire des eaux usées domestiques tend à disparaître en France avec la
généralisation du traitement secondaire à boues activées qui comporte déjà une étape de décantation
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. C'est notamment le cas lorsque les effluents sont régulièrement dilués par des eaux de pluie et
donc moins décantables. Il est alors plus économique de se passer de traitement primaire et de
surdimensionner le traitement secondaire.

Traitement secondaire
Le traitement secondaire se fait le plus couramment par voie biologique. Une voie physico-chimique
peut la remplacer ou plus souvent s'y ajouter pour favoriser la floculation et coagulation des boues
ou permettre, par exemple, la fixation des phosphates apportés, entre autres, par l'utilisation d'engrais

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pour les activités agricoles.

Traitement par voie biologique

Articles connexes : boue activée, lagunage, lit bactérien, biofiltre et fosse septique.

Traitement des composés organiques

Le traitement biologique le plus simple consiste à éliminer les composés organiques tels que sucres,
graisses, protéines, etc. Ceux-ci sont nocifs pour l'environnement puisque leur dégradation implique
la consommation de dioxygène dissous dans l'eau nécessaire à la survie des animaux aquatiques. La
charge en polluants organiques est mesurée communément par la DBO5 (demande biologique (ou
biochimique) en Oxygène sur 5 jours) ou la DCO (Demande Chimique en Oxygène). Les bactéries
responsables de la dégradation des composés organiques sont hétérotrophes. Pour accélérer la
dégradation des composés organiques, il faut apporter artificiellement de l'oxygène dans les eaux
usées.

Nitrification

Si les réacteurs biologiques permettent un temps de contact suffisant entre les effluents et les
bactéries, il est possible d’atteindre un second degré de traitement : la nitrification. Il s’agit de
5
l’oxydation de l’ammoniaque en nitrite, puis en nitrate par des bactéries nitrifiantes . L’ammoniaque
est un poison pour la faune piscicole. Les bactéries nitrifiantes sont autotrophes (elles fixent elles-
mêmes le carbone nécessaire à leur croissance dans le CO2 de l’air). Elles croissent donc beaucoup
plus lentement que les hétérotrophes. Une station d'épuration doit d’abord éliminer les composés
organiques avant de pouvoir nitrifier. (Voir aussi : cycle de l'azote)

Dénitrification

Une troisième étape facultative consiste à dénitrifier (ou dénitrater) les nitrates résultants de la
nitrification. Cette transformation peut se faire en pompant une partie de l’eau chargée de nitrates de
la fin de traitement biologique et la mélanger à l’eau d’entrée, en tête de traitement. La
dénitrification se passe dans un réacteur anoxique, en présence de composés organiques et de
nitrates. Les nitrates sont réduits en diazote (N2) qui s’échappe dans l’air. Les nitrates sont des
nutriments qui sont à l’origine de l’envahissement d’algues dans certaines mers, en particulier la Mer
du Nord. La dénitrification se fait généralement sur les petites stations d'épuration dans le même
bassin que la nitrification par syncopage (arrêt de l'aération, phase anoxie). Cette étape tend à se
généraliser pour protéger le milieu naturel.

Traitement par voie physico-chimique

Il regroupe l'aération et le brassage de l'eau mais aussi une décantation secondaire (dite aussi
clarification).

À partir de ce dernier élément, l'eau clarifiée est rejetée (sauf traitement tertiaire éventuel) et les
boues décantées sont renvoyées en plus grande partie vers le bassin d'aération, la partie excédentaire
étant dirigée vers un circuit ou un stockage spécifique.

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Le traitement secondaire peut comporter des phases d'anoxie (ou une partie séparée en anoxie) qui
permet de dégrader les nitrates.

Déphosphatation

Le traitement du phosphore est généralement demandé sur les stations supérieures à 10 000
équivalent habitant. Il peut être demandé sur des plus petites stations d'épuration suivant la
sensibilité du milieu récepteur.

Cinq types de traitement sont possibles :

le traitement physique: utilise des filtres ou des membranes afin d'enlever le phosphore.

le traitement chimique: il s'agit de réaction des sels formant des précipités insolubles au fond
du bassin. D'autres composés chimiques tel que le calcium ou le fer peuvent être utilisés.
Cette méthode reste assez coûteuse et augmente le volume à traiter.

un traitement combinant les méthodes chimiques et physiques.

l'EBPR (enhanced biologial phosphorous removal) qui consiste à l'accumulation de

phosphore par des micro-organismes, sous forme de polyphosphate par exemple.

Acinetobacter spp. est une bactérie potentiellement responsable de cette accumulation de phosphore
et est désignée sous le nom de PAOs (phosphorous accumulating organisms). L'EBPR est utilisé
selon une configuration anaérobie - aérobie, et malgré le fait que ce système soit assez cher à mettre
en place, il est favorable à l'environnement et rentable à long terme.

La compréhension de ce processus biologique doit être poursuivi notamment via des études FISH
(Fluorescence in situ hybridization) sur les actinobactéries, et via des expériences faites en
laboratoire à l'aide de bio-réacteurs reconstituant les conditions naturelles de cette accumulation de
phosphore à travers des bactéries comme A. phosphatis, qui est utilisée à hauteur de 85% dans les
bio-réacteurs.

le traitement biologique:

Un traitement biologique complété par un traitement physico-chimique est souvent utilisé.

Le phosphore est indispensable aux réactions biologiques liées au traitement de la pollution carbonée
et azotée. Il s'agit alors d'assimilation biologique. Cette assimilation correspond à un ratio de 1 g de
phosphore pour 100 g de carbone.

Si l'on inclut dans le traitement un bassin anaérobie, cette assimilation biologique peut être
augmentée. Les bactéries, placées dans des conditions de potentiel redox très bas, surassimilent le
phosphore par rapport à leur besoin. C'est ce que l'on appelle le traitement biologique du phosphore.
Les bactéries peuvent relarguer le phosphore surassimilé si elles sont placées durablement dans des
conditions de redox plus hautes. À l'inverse, si elles sont extraites rapidement du traitement, c'est une
méthode de traitement sans réactif du phosphore.

Ce traitement est généralement insuffisant pour atteindre les niveaux de rejet exigés en sortie de
station. Dans ce cas, on doit le compléter par un traitement physico-chimique. Ce traitement physico-
chimique est obtenu par précipitation du phosphore avec des sels métalliques (chlorure ferrique sauf

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exception). (Voir aussi : cycle du phosphore)

Traitement tertiaire

Traitement bactériologique

Le traitement tertiaire n'est pas toujours réalisé. Cette étape permet de réduire le nombre de bactéries,
donc de germes pathogènes présents dans l'eau traitée. Elle peut être demandée pour protéger une
zone de baignade, un captage d'eau potable ou une zone conchylicole. Ce traitement peut être réalisé
par ozonation, par un traitement aux UV ou pour des petites capacités de station d'épuration par une
filtration sur sable (sable siliceux et de granulométrie spécifique).

Traitement bactériologique par rayonnement UV

Il existe une certaine variété de systèmes sur le marché. Le principe traditionnel de désinfection par
rayonnement UV consiste à soumettre l'eau à traiter à une source de rayonnements UV en la faisant
transiter à travers un canal contenant une série de lampes submergées. Depuis quelques années, l'on
trouve aussi, surtout pour les petites stations de traitement des eaux usées, un système basé sur des
réacteurs monolampe, qui offre des avantages au niveau de la maintenance et des coûts d'utilisation.

Traitement par voie physico-chimique

Le traitement tertiaire inclut un ou plusieurs des processus suivants:

désinfection par le chlore ou l'ozone (pour éliminer les germes pathogènes).

neutralisation des métaux en solution dans l'eau : en faisant varier le pH de l'eau dans
certaines plages, on obtient une décantation de ces polluants.

Traitement des odeurs

Les premières phases du traitement, le dégrillage, le dessablage/deshuilage et la phase anaérobie du
traitement biologique sont généralement confinées dans des bâtiments plus ou moins étanches afin
que les mauvaises odeurs ne se répandent pas dans l'environnement de la station. Ce qui
provoquerait des nuisances olfactives inacceptables par les riverains. Cet air nauséabond est collecté
et traité. Il passe par trois tours de lavage : une d'acide sulfurique (H2SO4), une de Javel et une de
6
soude .

Notes et références
1. Appel de l'OCDE à investir dans le traitement des eaux usées (http://infos-eau.blogspot.com/2009/01/locde-
appelle-investir-dans.html)
2. Anne-Cécile Bras, « Les plantes : ces dépolluants extraordinaires ! », émission C'est pas du vent sur RFI, 5
novembre 2011
3. L'assainisement : un enjeu environnemental et humain (http://www.siah-
croult.org/PDF/dossier_enjeu_assainissement.pdf)
4. Fonctionnement d'une station d'épuration à boues activées
(http://www.ademe.fr/partenaires/boues/pages/f14.htm)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Traitement_des_eaux_us%C3%A9es 16/02/2012
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5. NH4→NO2 par nitrosomonas;NO2→NO3 par nitrobacter.

6. Procédé courant de désodorisation par l'eau de javel sur les stations urbaines d'épuration des eaux
(http://www.innovalor.com/javelprocess.htm).

Bibliographie indicative

Bourgeois-Gavardin, J, Les Boues de Paris sous l'Ancien Régime. Contribution à l'histoire
du nettoiement urbain au XVIIe et XVIIIe siècles, 2 volumes. Paris : EHESS, 1985.

CABRIT-LECLERC Sandrine, (2008). Fosse septique, roseaux, bambous, traiter
écologiquement ses eaux usées ?, Editions Terre Vivante.

Chatzis, K, La Pluie, le métro et l’ingénieur : contribution à l’histoire de l’assainissement et
des transports urbains, Paris : L’Harmattan, 2000.

Dupavillon, C, Paris côté Seine, Paris : Éditions du Seuil, 2001.

Dupuy, G. Knaebel, G, Assainir la ville hier et aujourd’hui, Paris, Dunod : 1982.

“Guide technique de l’assainissement”. Moniteur Référence Technique. LE MONITEUR.
680 p., (1999).

Goubert, J.-P, La Conquête de l'eau, Paris : Robert LAFFONT, 1986.

Guillerme, A, Les Temps de l’eau. La cité, l’eau et les techniques, Seyssel : Champ Vallon,
1983.

“L’assainissement des grandes villes”. Données 1997. Réseau national des Données sur
l’Eau (RNDAE), (1998).

Laroulandie, F, Les égouts de Paris au XIXe siècle. L’enfer vaincu et l’utopie dépassée,
Cahiers de Fontenay. N°69-70, mars 1993. P. 107-140.

“Questions d’assainissement. Le maire et les eaux usées”. Uni éditions. 96 p., (1996).

Anne Rivière, (2005). Gestion écologique de l’eau : toilettes sèches et épuration des eaux
des eaux de lavage par les bassins-filtres à plantes aquatiques, Volume 1, Association Eau
Vivante.

Scherrer, F, L’Égout, patrimoine urbain. L’évolution dans la longue durée du réseau
d’assainissement de Lyon. Thèse de doctorat d’urbanisme, Créteil : Université de Paris XII –
Val de Marne, 1992.

Voir aussi

La coagulation-floculation

La flottation

Le flottateur

Liens internes

Épuration des eaux

Boues d'épuration

Traitement primaire

Pollution de l'eau

Recyclage des eaux usées

Liens externes

Système écologique, mini station de traitement des eaux grises, eaux usées, écologique
(http://mindoro.fr/traitementeaux1.html)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Traitement_des_eaux_us%C3%A9es 16/02/2012
Traitement des eaux usées - Wikipédia Page 8 sur 8

UV pour eaux usées (http://www.ozone.ch/gasandwater/applications/uveauxusees.html) :

photos de stérilisateurs UV pour traitement tertiaire.

Le charbon actif dans le traitement des eaux résiduaires
(http://www.chemvironcarbon.com/fr/applications/traitement-eaux-residuaires)

Le Retraitement des Eaux Usées (http://retraitementeaux.free-h.net/) : comparaison de
différentes techniques de traitement des eaux usées

Assainissement des eaux usées (http://www.assainissementdeseaux.com/)

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