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Traitement des eaux usées – Wikipedia


Conversion des eaux usées en effluents pour le retour au cycle de l’eau

Usine de traitement des eaux usées à Cuxhaven, Allemagne

Traitement des eaux usées est un processus utilisé pour éliminer les contaminants des eaux usées ou des eaux usées et les convertir en un effluent qui peut être renvoyé dans le cycle de l’eau avec un impact minimal sur l’environnement, ou directement réutilisé. Cette dernière est appelée récupération d’eau parce que les eaux usées traitées peuvent être utilisées à d’autres fins. Le processus de traitement a lieu dans une usine de traitement des eaux usées (STEP), souvent appelée installation de récupération des ressources en eau (WRRF) ou usine de traitement des eaux usées (STP). Les polluants des eaux usées municipales (ménages et petites industries) sont éliminés ou décomposés.

Le traitement des eaux usées fait partie du domaine primordial de l’assainissement. L’assainissement comprend également la gestion des déchets humains et des déchets solides ainsi que la gestion des eaux pluviales (drainage).[1] Les sous-produits des usines de traitement des eaux usées, tels que les criblures, les graviers et les boues d’épuration, peuvent également être traités dans une usine de traitement des eaux usées.[2]:Ch.14

Élimination ou réutilisation[[[[Éditer]

Bien que l’élimination ou la réutilisation ait lieu après le traitement, elle doit être envisagée en premier. Étant donné que l’élimination ou la réutilisation sont les objectifs du traitement des eaux usées, les options d’élimination ou de réutilisation sont la base des décisions de traitement. Les concentrations d’impuretés acceptables peuvent varier selon le type d’utilisation ou le lieu d’élimination. Les coûts de transport font souvent dépendre les concentrations d’impuretés acceptables du lieu d’élimination, mais des exigences de traitement coûteuses peuvent encourager la sélection d’un lieu d’élimination sur la base des concentrations d’impuretés. L’immersion en mer est soumise aux exigences des traités internationaux. Les traités internationaux peuvent également réglementer l’élimination dans les cours d’eau traversant les frontières internationales. Les plans d’eau entièrement sous la juridiction d’une seule nation peuvent être soumis aux réglementations de plusieurs gouvernements locaux. Les concentrations acceptables d’impuretés peuvent varier considérablement d’une juridiction à l’autre pour l’évacuation des eaux usées vers les bassins d’évaporation, les bassins d’infiltration ou les puits d’injection.

Processus[[[[Éditer]

Des procédés biologiques peuvent être employés dans le traitement des eaux usées et ces procédés peuvent inclure, par exemple, des lagunes aérées, des boues activées ou des filtres à sable lents. Pour être efficace, les eaux usées doivent être acheminées vers une usine de traitement par des canalisations et des infrastructures appropriées et le processus lui-même doit être soumis à une réglementation et à des contrôles. Certaines eaux usées nécessitent des méthodes de traitement différentes et parfois spécialisées. Au niveau le plus simple, le traitement des eaux usées et de la plupart des eaux usées est effectué par séparation des solides des liquides, généralement par sédimentation. En convertissant progressivement les matières dissoutes en solides, généralement un floc biologique, qui est ensuite décanté, un flux d’effluents de plus en plus pur est produit.[2][3]

Séparation de phases[[[[Éditer]

Les clarificateurs sont largement utilisés pour le traitement des eaux usées.

La séparation de phases transfère les impuretés dans une phase non aqueuse. Une séparation de phases peut se produire à des points intermédiaires d’une séquence de traitement pour éliminer les solides générés pendant l’oxydation ou le polissage. La graisse et l’huile peuvent être récupérées pour le carburant ou la saponification. Les solides nécessitent souvent l’assèchement des boues dans une station d’épuration. Les options d’élimination des solides séchés varient selon le type et la concentration d’impuretés éliminées de l’eau.[4]

La production de saumure résiduelle, cependant, peut décourager le traitement des eaux usées en éliminant les solides inorganiques dissous de l’eau par des méthodes comme l’échange d’ions, l’osmose inverse et la distillation.

Bassin de décantation primaire de la station d’épuration de Dresde-Kaditz, Allemagne

Sédimentation[[[[Éditer]

Les solides comme les pierres, le sable et le sable peuvent être retirés des eaux usées par gravité lorsque les différences de densité sont suffisantes pour surmonter la dispersion par turbulence. La séparation par gravité des solides est le traitement primaire des eaux usées, où le processus unitaire est appelé « réservoirs de décantation primaires » ou « réservoirs de sédimentation primaires ». Il est également largement utilisé pour le traitement d’autres eaux usées. Les solides plus lourds que l’eau s’accumuleront au fond des bassins de décantation au repos. Les clarificateurs plus complexes ont également des écumeurs pour éliminer simultanément la graisse flottante comme l’écume de savon et les solides comme les plumes ou les copeaux de bois. Des conteneurs comme le séparateur huile-eau API sont spécialement conçus pour séparer les liquides non polaires.[5]

Filtration[[[[Éditer]

Les solides en suspension et les suspensions colloïdales de solides fins peuvent, généralement après une certaine forme de coagulation, être éliminés par filtration à travers de fines barrières physiques qui se distinguent des tamis ou tamis plus grossiers par la capacité à éliminer les particules plus petites que les ouvertures à travers lesquelles l’eau passe. D’autres types de filtres à eau éliminent les impuretés par des processus chimiques ou biologiques décrits ci-dessous.[6]

Oxydation[[[[Éditer]

L’oxydation réduit la demande biochimique en oxygène des eaux usées et peut réduire la toxicité de certaines impuretés. Le traitement secondaire convertit les composés organiques en dioxyde de carbone, eau et biosolides. L’oxydation chimique est largement utilisée pour la désinfection.

Réservoir d’aération d’un processus de boues activées à la station d’épuration de Dresde-Kaditz, Allemagne

Oxydation biochimique[[[[Éditer]

Le traitement secondaire par oxydation biochimique des composés organiques dissous et colloïdaux est largement utilisé dans le traitement des eaux usées et est applicable à certaines eaux usées agricoles et industrielles. L’oxydation biologique éliminera préférentiellement les composés organiques utiles comme alimentation pour l’écosystème de traitement. La concentration de certains composés moins digestibles peut être réduite par le co-métabolisme. L’efficacité de l’élimination est limitée par la concentration alimentaire minimale requise pour maintenir l’écosystème de traitement.[7]

Oxydation chimique[[[[Éditer]

L’oxydation chimique (y compris électrochimique) est utilisée pour éliminer certains polluants organiques persistants et les concentrations restant après l’oxydation biochimique.[8] La désinfection par oxydation chimique tue les bactéries et les agents pathogènes microbiens en ajoutant de l’ozone, du chlore ou de l’hypochlorite aux eaux usées.[2]:1220

Polissage[[[[Éditer]

Le polissage fait référence aux traitements effectués selon les méthodes ci-dessus. Ces traitements peuvent également être utilisés indépendamment pour certaines eaux usées industrielles. La réduction chimique ou l’ajustement du pH minimise la réactivité chimique des eaux usées après l’oxydation chimique.[9] Le filtrage au charbon élimine les contaminants et impuretés restants par absorption chimique sur le charbon actif.[2]:1138 La filtration à travers du sable (carbonate de calcium) ou des filtres en tissu est la méthode la plus couramment utilisée dans le traitement des eaux usées municipales.

Les stations d’épuration des eaux usées[[[[Éditer]

Les usines de traitement des eaux usées peuvent être distinguées par le type d’eaux usées à traiter, c’est-à-dire s’il s’agit d’eaux usées, d’eaux usées industrielles, d’eaux usées agricoles ou de lixiviats.

Vue d’ensemble de la station d’épuration d’Anvers-Zuid, située au sud de l’agglomération d’Anvers (Belgique)

Stations d’épuration[[[[Éditer]

Une usine typique de traitement des eaux usées municipales dans un pays industrialisé peut inclure un traitement primaire pour éliminer les matières solides, un traitement secondaire pour digérer les matières organiques dissoutes et en suspension ainsi que les nutriments azote et phosphore, et – parfois mais pas toujours – la désinfection pour tuer les bactéries pathogènes. Les boues d’épuration produites dans les stations d’épuration subissent un traitement des boues. Les plus grandes municipalités comprennent souvent des usines rejetant des eaux usées industrielles dans le réseau d’égouts municipal. Le terme « station d’épuration » est parfois remplacé par le terme « station d’épuration ».[2] Les eaux usées peuvent également être traitées par des procédés utilisant des «solutions basées sur la nature».

Traitement tertiaire[[[[Éditer]

Le traitement tertiaire est un terme appliqué aux méthodes de polissage utilisées suivant une séquence de traitement des eaux usées traditionnelle. Le traitement tertiaire est de plus en plus appliqué dans les pays industrialisés et les technologies les plus courantes sont la microfiltration ou les membranes synthétiques. Après filtration sur membrane, les eaux usées traitées sont pratiquement indiscernables des eaux d’origine naturelle de qualité potable (sans ses minéraux). Les nitrates peuvent être éliminés des eaux usées par des processus naturels dans les zones humides mais aussi par dénitrification microbienne. Le traitement des eaux usées à l’ozone gagne également en popularité et nécessite l’utilisation d’un générateur d’ozone, qui décontamine l’eau lorsque des bulles d’ozone s’infiltrent dans le réservoir. La technologie de traitement la plus récente et très prometteuse est l’utilisation de la granulation aérobie.

Stations d’épuration industrielles[[[[Éditer]

Les systèmes de prétraitement peuvent comprendre divers types d'équipements de prétraitement pour éliminer la couleur, les solides en suspension, les solides dissous et autres contaminants nocifs pour le processus.

Usine de prétraitement des eaux de surface[10]

L’élimination des eaux usées d’une usine industrielle est un problème difficile et coûteux. La plupart des raffineries de pétrole, des usines chimiques et pétrochimiques[2]:1412[11] disposer d’installations sur place pour traiter leurs eaux usées afin que les concentrations de polluants dans les eaux usées traitées soient conformes aux réglementations locales et / ou nationales concernant l’élimination des eaux usées dans les stations d’épuration communautaires ou dans les rivières, les lacs ou les océans. Les zones humides construites sont utilisées dans un nombre croissant de cas car elles fournissent un traitement de haute qualité et productif sur place. D’autres processus industriels qui produisent beaucoup d’eaux usées, comme la production de papier et de pâte à papier, ont créé des préoccupations environnementales, ce qui a conduit au développement de procédés pour recycler l’utilisation de l’eau dans les usines avant de les nettoyer et de les éliminer.[12]

Des usines de traitement des eaux usées industrielles sont nécessaires lorsque les usines de traitement des eaux usées municipales ne sont pas disponibles ou ne peuvent pas traiter adéquatement les eaux usées industrielles spécifiques. Les usines de traitement des eaux usées industrielles peuvent réduire les coûts de l’eau brute en convertissant certaines eaux usées en eau récupérée utilisée à différentes fins. Les usines de traitement des eaux usées industrielles peuvent réduire les frais de traitement des eaux usées perçus par les stations d’épuration municipales en prétraitant les eaux usées afin de réduire les concentrations de polluants mesurées pour déterminer les frais d’utilisation.[13]

Bien que les économies d’échelle puissent favoriser l’utilisation d’une grande station d’épuration municipale pour l’élimination de petits volumes d’eaux usées industrielles, le traitement et l’élimination des eaux usées industrielles peuvent être moins coûteux que les coûts correctement répartis pour des volumes plus importants d’eaux usées industrielles ne nécessitant pas la séquence conventionnelle de traitement des eaux usées de une petite station d’épuration municipale.[14]

Une usine de traitement des eaux usées industrielles peut comprendre un ou plusieurs des éléments suivants plutôt que la séquence conventionnelle primaire, secondaire et de désinfection du traitement des eaux usées:

Stations d’épuration des eaux usées agricoles[[[[Éditer]

Le traitement des eaux usées agricoles pour les exploitations d’animaux confinés en continu comme la production de lait et d’œufs peut être effectué dans des usines utilisant des unités de traitement mécanisées similaires à celles décrites dans les eaux usées industrielles; mais là où des terres sont disponibles pour les étangs, les bassins de décantation et les lagunes facultatives peuvent avoir des coûts d’exploitation inférieurs pour les conditions d’utilisation saisonnière des cycles de reproduction ou de récolte.[19]

Usines de traitement des lixiviats[[[[Éditer]

Les usines de traitement des lixiviats sont utilisées pour traiter les lixiviats des décharges. Les options de traitement comprennent: le traitement biologique, le traitement mécanique par ultrafiltration, le traitement avec des filtres à charbon actif, le traitement électrochimique, y compris l’électrocoagulation par diverses technologies propriétaires et la filtration sur membrane d’osmose inverse à l’aide de la technologie des modules à tube à disque.[20]

Régulation[[[[Éditer]

États Unis[[[[Éditer]

L’Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis et les agences environnementales des États fixent les normes relatives aux eaux usées en vertu de la Clean Water Act.[21] Les sources ponctuelles doivent obtenir des permis de rejet des eaux de surface par le biais du Système national d’élimination des rejets de polluants (NPDES). Les sources ponctuelles comprennent les installations industrielles, les administrations municipales (usines de traitement des eaux usées et égouts pluviaux), d’autres installations gouvernementales telles que les bases militaires et certaines installations agricoles, comme les parcs d’engraissement des animaux.[22]

L’EPA établit des normes nationales de base pour les eaux usées:

Ces normes sont incorporées dans les permis, ce qui peut inclure des exigences de traitement supplémentaires pour les usines individuelles développées au cas par cas. Les permis NPDES doivent être renouvelés tous les cinq ans.[25] L’EPA a autorisé 47 agences d’État à délivrer et à appliquer des permis NPDES. Les bureaux régionaux de l’EPA délivrent des permis pour le reste du pays.[26]

Les rejets d’eaux usées dans les eaux souterraines sont réglementés par le programme de contrôle des injections souterraines (UIC) en vertu de la Safe Drinking Water Act.[27] Les permis UIC sont délivrés par 34 agences d’État et bureaux régionaux de l’EPA.[28]

Une aide financière pour l’amélioration des installations de traitement des eaux usées est mise à la disposition des gouvernements locaux et des États par le biais du Fonds renouvelable de l’État pour l’eau saine, un programme de prêts à faible taux d’intérêt.[29]

Voir également[[[[Éditer]

Références[[[[Éditer]

  1. ^ « Assainissement ». Thèmes de santé. Organisation Mondiale de la Santé. Récupéré 2020-02-23.
  2. ^ une b c e F Metcalf & Eddy, Inc. (2003). Génie des eaux usées: traitement et réutilisation (4e éd.). New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-112250-8.
  3. ^ Apprêt pour les systèmes de traitement des eaux usées municipales (rapport). Washington, DC: US ​​Environmental Protection Agency (EPA). 2004. EPA 832-R-04-001..
  4. ^ Ajay Kumar Mishra Matériaux intelligents pour les applications d’eaux usées , Wiley-Scrivener 2016 ISBN 111904118X https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119041214
  5. ^ Weber, pp.111-138
  6. ^ Weber, pp.139-196
  7. ^ Steel & McGhee, p. 477–521
  8. ^ Weber, pp.363-408
  9. ^ Weber, p.439
  10. ^ « Apex Ecotech Private Limited ».
  11. ^ Beychok, Milton R. (1967). Déchets aqueux provenant des usines pétrolières et pétrochimiques (1ère éd.). John Wiley & Sons. LCCN 67019834.
  12. ^ Byrd, J.F .; Ehrke, M.D .; Whitfield, J.I. (Avril 1984). « Nouvelle usine de pâte kraft blanchie en Géorgie: contrôle environnemental de pointe ». Journal (Fédération de lutte contre la pollution des eaux). 56 (4): 378–385. JSTOR 25042250..
  13. ^ Marteau, pp.300-302
  14. ^ Kemmer, pp.40-4-40-11
  15. ^ Patterson, p.180
  16. ^ Kemmer, p.41-15
  17. ^ Kemmer, p.23-11
  18. ^ Patterson, p.210
  19. ^ Reed, Middlebrooks & Crites, pp.6-8
  20. ^ « Lignes directrices sur les effluents des décharges ». EPA. 2018-03-16.
  21. ^ États Unis. Modifications de la loi fédérale sur la lutte contre la pollution des eaux de 1972. Pub.L. 92–500 Approuvé le 18 octobre 1972. Modifié par la Clean Water Act de 1977, Pub.L. 95-217, 27 décembre 1977; et la Water Quality Act de 1987, Pub.L. 100-4, 4 février 1987.
  22. ^ « Système national d’élimination des rejets de polluants ». EPA. 2020-02-21.
  23. ^ EPA. «Règlement sur le traitement secondaire». Code des Régulations Fédérales, 40 CFR partie 133.
  24. ^ « Lignes directrices sur les effluents industriels ». EPA. 2020-02-12.
  25. ^ « NPDES Permit Basics ». EPA. 2019-07-12.
  26. ^ « NPDES State Program Information — State Program Authority ». EPA. 2019-12-02.
  27. ^ « Protection des sources souterraines d’eau potable contre l’injection souterraine ». EPA. 2019-10-03.
  28. ^ « Autorité principale d’application du programme de contrôle des injections souterraines ». EPA. 2020-02-17.
  29. ^ « Fonds renouvelable de l’état de l’eau propre ». EPA. 2020-02-06.

Sources[[[[Éditer]

  • Hammer, Mark J. (1975). Technologie de l’eau et des eaux usées. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-34726-4.
  • Kemmer, Frank N. (1979). Le manuel de l’eau de Nalco. New York: McGraw-Hill Book Company.
  • Patterson, James W. (1980). Technologie de traitement des eaux usées. Ann Arbor, Michigan: Ann Arbor Science. ISBN 0-250-40086-3.
  • Ramseur, Jonathan L. (22 septembre 2017). Infrastructure des eaux usées: aperçu, financement et développements législatifs (PDF). Washington, DC: Service de recherche du Congrès. Récupéré 17 décembre 2017.
  • Reed, Sherwood C .; Middlebrooks, E. Joe; Crites, Ronald W. (1988). Systèmes naturels pour la gestion et le traitement des déchets. New York: McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-051521-2.
  • Weber, Walter J., Jr. (1972). Processus physicochimiques pour le contrôle de la qualité de l’eau. New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-92435-0.

Liens externes[[[[Éditer]




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