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Traitement des eaux usées et purification de l’eau


Microorganismes et qualité de l’eau

Les micro-organismes provenant des eaux usées peuvent provoquer des maladies humaines, mais peuvent également affecter négativement d’importants écosystèmes dont dépendent les humains.

Objectifs d’apprentissage

Expliquer la relation entre les micro-organismes et la qualité de l’eau

Points clés à retenir

Points clés

  • Les scientifiques mesurent généralement la qualité de l’eau en testant la présence d ‘«espèces indicatrices» de bactéries, des micro-organismes inoffensifs que l’on trouve dans l’intestin humain aux côtés d’espèces pathogènes.
  • Les espèces indicatrices typiques comprennent les bactéries coliformes (liées à E. coli pathogènes) et Pseudomonas aeruginosa. Lorsque les niveaux de ces bactéries sont élevés, les scientifiques commencent à tester les bactéries pathogènes.
  • Les écosystèmes peuvent également souffrir d’eau contaminée. Dans les écosystèmes aquatiques, les bactéries des eaux usées peuvent provoquer des «zones mortes» lorsqu’elles utilisent l’oxygène de l’eau lors de la décomposition des nutriments. Les récifs coralliens peuvent également être infectés par des bactéries d’épuration et mourir.

Mots clés

  • hypoxique: De, se rapportant à ou souffrant d’hypoxie (manque d’oxygène)

Qualité de l’eau et santé humaine

Les maladies d’origine hydrique sont des infections transmises par l’eau potable contaminée. Bien qu’il existe de nombreux agents pathogènes qui peuvent être transmis par l’eau, les bactéries et les protozoaires sont parmi les organismes les plus courants qui causent des maladies. La surveillance des maladies d’origine hydrique peut être difficile, car les humains perdent souvent un très petit nombre de bactéries pathogènes lorsqu’ils sont infectés. Pour tester la présence éventuelle de bactéries pathogènes, les chercheurs mesurent la présence d’espèces indicatrices, telles que les bactéries coliformes (qui sont le groupe auquel les E. coli appartient) ou Pseudomonas aeruginosa. Bien que la plupart des bactéries coliformes ne causent pas de maladies, elles se trouvent généralement dans l’intestin humain et dans les eaux usées, et leur présence implique que les déchets humains ont atteint l’approvisionnement en eau. Les chercheurs testent généralement la qualité de l’eau en échantillonnant l’eau et en mesurant la concentration de toutes les bactéries dans un échantillon. Si le nombre de bactéries dépasse les limites fixées par les normes de qualité de l’eau, l’étape suivante consiste à tester la présence de pathogènes spécifiques. Les scientifiques peuvent utiliser des sondes génétiques ou des techniques de culture spécifiques pour vérifier la présence d’agents pathogènes nocifs. Les normes de test peuvent différer selon la source d’eau: l’eau potable est tenue à des normes très élevées, tandis que la qualité de l’eau dans les lacs et les rivières peut être tenue à des normes plus laxistes parce que les nageurs récréatifs ingèrent généralement très peu d’eau.

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Bactéries E. coli: Des chercheurs surveillent la qualité de l’eau en testant les bactéries coliformes, parents d’E. Coli

Qualité de l’eau et environnement

Les micro-organismes peuvent également avoir des impacts importants sur l’environnement. Tous les écosystèmes sains ont leurs propres communautés de bactéries qui décomposent la matière biologique. Cependant, la contamination par les eaux usées et les déchets humains peut perturber l’équilibre naturel des bactéries et affecter les écosystèmes aquatiques. Un afflux d’agents pathogènes humains peut causer des problèmes aux écosystèmes de plusieurs façons. Premièrement, les bactéries des eaux usées peuvent provoquer des «zones mortes» hypoxiques dans les écosystèmes aquatiques. Les bactéries étrangères se reproduisent rapidement et consomment des débris et des nutriments dans les eaux usées, mais consomment tout l’oxygène de l’eau pour ce faire. L’eau désoxygénée est nocive pour les poissons et les autres organismes aquatiques. Les récifs coralliens sont également affectés par l’eau contaminée par les eaux usées. Le corail peut être infecté par des bactéries intestinales humaines, ce qui peut provoquer une «maladie de blanchissement du corail» où le corail perd ses communautés bactériennes et d’algues normales et meurt. La qualité de l’eau n’est pas seulement importante pour la santé humaine, elle est importante pour les communautés humaines qui dépendent des écosystèmes aquatiques et marins.

Traitement des eaux usées et des eaux usées

Les eaux usées sont traitées en 3 phases: primaire (élimination des solides), secondaire (décomposition bactérienne) et tertiaire (filtration supplémentaire).

Objectifs d’apprentissage

Énumérer les étapes du traitement des eaux usées / des eaux usées

Points clés à retenir

Points clés

  • Le traitement primaire est la première phase du traitement des eaux usées: les eaux usées sont placées dans un réservoir et les solides se déposent au fond où ils sont collectés et des substances plus légères comme les graisses et les huiles sont grattées par le haut.
  • Le traitement secondaire est celui où les déchets sont décomposés par des bactéries aérobies incorporées dans le système de traitement des eaux usées.
  • Le traitement tertiaire est conçu pour filtrer les nutriments et les particules de déchets qui pourraient endommager les écosystèmes sensibles; les eaux usées passent dans des lagunes ou réservoirs filtrants supplémentaires pour éliminer les nutriments supplémentaires.

Mots clés

  • Effluent: Eaux usées partiellement traitées et rejetées dans un plan d’eau naturel; un flux de déchets liquides.
  • zooplancton: Petits protozoaires, crustacés (comme le krill), et les œufs et les larves d’animaux plus gros.
  • aérobique: Vivant ou survenant uniquement en présence d’oxygène.

Les eaux usées sont générées par des établissements résidentiels et industriels. Il comprend les déchets ménagers provenant des toilettes, des bains, des douches, des cuisines, des éviers, etc., qui sont éliminés par les égouts. Dans de nombreuses régions, les eaux usées comprennent également les déchets liquides de l’industrie et du commerce. La séparation et l’évacuation des déchets ménagers en eaux grises et en eaux noires sont de plus en plus courantes dans le monde développé. L’eau grise est de l’eau générée par des activités domestiques telles que la lessive, la vaisselle et le bain, et peut être réutilisée plus facilement. L’eau noire provient des toilettes et contient des déchets humains.

Le traitement des eaux usées se fait en trois étapes: traitement primaire, secondaire et tertiaire.

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Schéma du processus de traitement des eaux usées: Les eaux usées passent par un traitement primaire, secondaire et tertiaire.

Traitement primaire

En traitement primaire, les eaux usées sont stockées dans un bassin où les solides (boues) peuvent se déposer au fond et l’huile et les substances plus légères peuvent remonter vers le haut. Ces couches sont ensuite retirées, puis le liquide restant peut être envoyé à un traitement secondaire. Les boues d’épuration sont traitées dans un processus distinct appelé digestion des boues.

Traitement secondaire

Le traitement secondaire élimine les matières biologiques dissoutes et en suspension, souvent à l’aide de micro-organismes dans un environnement contrôlé. La plupart des systèmes de traitement secondaire utilisent des bactéries aérobies, qui consomment les composants organiques des eaux usées (sucre, matières grasses, etc.). Certains systèmes utilisent des systèmes à film fixe, où les bactéries se développent sur les filtres et où l’eau les traverse. Les systèmes de croissance en suspension utilisent des boues «activées», où les bactéries en décomposition sont mélangées directement dans les eaux usées. L’oxygène étant essentiel à la croissance bactérienne, les eaux usées sont souvent mélangées à de l’air pour faciliter la décomposition.

Traitement tertiaire

Le traitement tertiaire (parfois appelé «polissage des effluents») est utilisé pour nettoyer davantage l’eau lorsqu’elle est rejetée dans un écosystème sensible. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour désinfecter davantage les eaux usées au-delà du traitement primaire et secondaire. La filtration sur sable, où l’eau passe à travers un filtre à sable, peut être utilisée pour éliminer les particules. Les eaux usées peuvent encore contenir des niveaux élevés de nutriments tels que l’azote et le phosphore. Ceux-ci peuvent perturber l’équilibre nutritif des écosystèmes aquatiques et provoquer des proliférations d’algues et une croissance excessive des mauvaises herbes. Le phosphore peut être éliminé biologiquement dans un processus appelé élimination biologique améliorée du phosphore. Dans ce processus, des bactéries spécifiques, appelées polyphosphates, accumulent des organismes qui stockent du phosphate dans leurs tissus. Lorsque la biomasse accumulée dans ces bactéries est séparée de l’eau traitée, ces biosolides ont une valeur d’engrais élevée. L’azote peut également être éliminé à l’aide de bactéries nitrifiantes. Le lagunage est une autre méthode pour éliminer les nutriments et les déchets des eaux usées. L’eau est stockée dans un lagon et les plantes indigènes, les bactéries, les algues et les petits nutriments filtrent le zooplancton et les petites particules de l’eau.

Digestion des boues

Les boues d’épuration raclées au fond du bassin de décantation lors du traitement primaire sont traitées séparément des eaux usées. Les boues peuvent être éliminées de plusieurs manières. Tout d’abord, il peut être digéré à l’aide de bactéries; la digestion bactérienne peut parfois produire du biogaz de méthane, qui peut être utilisé pour produire de l’électricité. Les boues peuvent également être incinérées ou condensées, chauffées pour les désinfecter et réutilisées comme engrais.

Purification de l’eau potable

L’eau est purifiée avec des filtres pour éliminer les gros protozoaires et par désinfection chimique ou UV pour tuer les bactéries et autres petits agents pathogènes.

Objectifs d’apprentissage

Illustrer les étapes de la purification de l’eau potable

Points clés à retenir

Points clés

  • L’eau passe d’abord à travers un système de filtres et un agent de coagulation est ajouté pour éliminer les particules.
  • L’eau passe ensuite à travers un filtre à membrane pour éliminer les gros agents pathogènes tels que le cryptosporidum et le giardia.
  • Pour finaliser le processus de purification, une désinfection chimique (généralement au chlore ou à l’ozone) ou une lumière UV est appliquée à l’eau pour tuer les bactéries, les virus et les kystes rustiques produits par le cryptosporidium et le giardia.

Mots clés

  • ozone: Une molécule triatomique, composée de trois atomes d’oxygène. Il s’agit d’un allotrope d’oxygène beaucoup moins stable que l’allotrope diatomique (O2), se décomposant avec une demi-vie d’environ une demi-heure dans la basse atmosphère, en dioxygène normal. L’ozone est formé de dioxygène sous l’action de la lumière ultraviolette et également des décharges électriques atmosphériques, et est présent en faibles concentrations dans toute l’atmosphère terrestre. Au total, l’ozone ne représente que 0,6 partie par million de l’atmosphère.
  • coagulation: La précipitation des particules en suspension à mesure qu’elles augmentent en taille (par l’un quelconque de plusieurs processus physiques ou chimiques).
  • protozoaires: Les protozoaires sont un groupe diversifié d’organismes eucaryotes unicellulaires, dont beaucoup sont mobiles. À l’origine, les protozoaires étaient définis comme des protistes unicellulaires ayant un comportement animal, par exemple, un mouvement. Les protozoaires étaient considérés comme le groupe partenaire de protistes des protophytes, qui ont un comportement semblable à celui des plantes, par exemple la photosynthèse.

Purification de l’eau potable

Afin de purifier l’eau potable d’une source (comme un lac, une rivière, un réservoir ou une eau souterraine), l’eau doit passer par plusieurs étapes pour éliminer les grosses particules et différents types d’agents pathogènes.

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Purification de l’eau potable: L’eau est purifiée pour être bu grâce à un système de filtres et par désinfectant chimique.

  1. Pompage et confinement: l’eau est pompée de la source dans des réservoirs de rétention.
  2. Criblage: L’eau passe à travers un filtre à tamis pour éliminer les gros débris.
  3. Stockage: L’eau est stockée dans des réservoirs, des réservoirs et des châteaux d’eau en préparation de la purification. Parfois, l’eau est «précholrine» dans ce système pour empêcher la croissance bactérienne pendant son stockage.
  4. Coagulation et sédimentation: bien qu’il existe de nombreux processus d’élimination des grosses particules de l’eau potable, la plupart des systèmes de purification d’eau mettent en œuvre une sorte de système de coagulation. Un produit chimique qui provoque l’agrégation des particules est ajouté à l’eau et des amas de particules se forment et se déposent au fond du réservoir. C’est ce qu’on appelle la sédimentation.
  5. Filtration à membrane: les filtres à membrane sont capables d’éliminer toutes les particules de plus de 0,2 um. De plus grands agents pathogènes tels que Giardia lamblia et cryptosporidium sont piégés dans ces filtres, mais les kystes qu’ils produisent sont suffisamment petits pour passer.
  6. Désinfection: Avant que l’eau soit considérée comme potable, elle doit être désinfectée pour éliminer tous les agents pathogènes qui ont traversé le filtre à membrane.

Méthodes de désinfection

  • La chloration est la forme de désinfection la plus courante. Le chlore est un oxydant puissant et tue rapidement de nombreux micro-organismes, en particulier les bactéries. Le chlore étant un gaz toxique, il peut également être dangereux pour les travailleurs de l’assainissement. Des composés à base de chlore comme la choloramine sont souvent utilisés. Bien que le chlore soit très efficace contre les bactéries, il n’est pas aussi efficace contre les kystes formés par les protozoaires (comme Giardia lamblia et cryptosporidium). Le chlore peut parfois laisser des sous-produits résiduels dans l’eau.
  • L’ozone est une molécule instable qui cède facilement un atome d’oxygène fournissant un puissant agent oxydant. Cet agent est toxique pour la plupart des organismes d’origine hydrique. L’ozone est largement utilisé en Europe et est une méthode efficace pour tuer les kystes formés par les protozoaires. Il fonctionne également bien contre presque tous les autres agents pathogènes.
  • La lumière ultraviolette est très efficace pour inactiver les kystes de protozoaires et tuera également les bactéries et les virus. Cependant, il n’est pas aussi efficace dans l’eau trouble. Il est parfois utilisé de concert avec la chloration.



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