20.1.2 : Traitement de l'eau

La forme la plus mortelle de pollution de l'eau, les microorganismes pathogènes responsables de maladies d'origine hydrique, a tué 485 000 millions de personnes (principalement dans les pays en développement) en 2017. La meilleure stratégie pour résoudre ce problème consiste à traiter correctement les eaux usées. Les eaux usées non traitées sont non seulement une cause majeure de maladies pathogènes, mais également une source majeure d'autres polluants, notamment des déchets exigeants en oxygène, des excès de nutriments et des métaux lourds toxiques. Le traitement des eaux usées se fait dans une station d'épuration des eaux usées en zone urbaine et par un système de fosses septiques dans les zones rurales.

Les déchets produits par environ 80 % des ménages américains sont collectés dans les réseaux d'égouts. Chaque jour, les États-Unis traitent environ 34 milliards de gallons d'eaux usées (99,9 % de ces eaux sont de l'eau). En 2004, un rapport de l'Agence de protection de l'environnement (EPA) a estimé que 860 milliards de gallons d'eaux usées non traitées (eaux usées brutes) se sont échappés dans les rivières, les ruisseaux et l'océan, principalement à partir de réseaux d'égouts combinés (voir Polluants de l'eau et leurs sources). En 2020, l'EPA avait évalué près de 96 % des systèmes responsables du débordement des eaux usées et les avait traités par une plainte civile, une ordonnance d'exécution ou une demande de permis. Cependant, en 2017, l'EPA a estimé qu'il y avait encore 40 000 cas de débordement d'eaux usées ou plus, qui ont rejeté des eaux usées brutes dans des plans d'eau.

Pour réduire les problèmes de pollution de l'eau, des réseaux d'égouts séparés (où les eaux de ruissellement se déversent dans les rivières et seules les eaux usées sont acheminées vers une usine de traitement des eaux usées) sont bien meilleurs que les réseaux d'égouts combinés, qui peuvent déborder et rejeter des eaux usées non traitées dans les eaux de surface lors Certaines villes, comme Chicago, dans l'Illinois, ont construit de grandes cavernes souterraines et utilisent également des carrières de roche abandonnées pour contenir les débordements d'égouts pluviaux. Une fois la pluie terminée, l'eau stockée est acheminée vers la station d'épuration des eaux usées pour y être traitée.

Traitement des eaux usées

Les eaux usées correctement dirigées vers une usine de traitement des eaux usées sont soumises à plusieurs étapes : prétraitement, traitement primaire, traitement tertiaire, désinfection et évacuation (figure\(\PageIndex{a}\)). Le prétraitement implique le criblage et l'élimination du sable et du gravier. Le traitement primaire implique une décantation ou une flottation pour éliminer les solides organiques, les graisses et les graisses. Les solides non dissous dans les eaux usées brutes se décantent hors de la suspension pour former des boues. Ce traitement primaire n'élimine qu'un tiers de la demande biologique en oxygène (DBO) et pratiquement aucun des minéraux dissous. Les tentatives d'utilisation des boues digérées comme engrais ont été entravées par leur contamination fréquente par des produits chimiques toxiques provenant de déchets industriels.

Figure\(\PageIndex{a}\) : Étapes d'une usine de traitement des eaux usées. Les nombreuses étapes de traitement dans une usine de traitement des eaux usées classique comprennent le prétraitement (criblage et élimination du sable et du gravier), le traitement primaire (décantation ou flottation pour éliminer les solides organiques, les graisses et les graisses), le traitement secondaire (décomposition bactérienne aérobie des solides organiques), le traitement tertiaire (décomposition bactérienne des nutriments et filtration), désinfection (traitement chimique ou UV pour tuer les bactéries) et soit rejet dans les eaux de surface, soit réutilisation. Seuls le prétraitement, le traitement primaire, le traitement secondaire et la digestion des boues sont présentés ici. Les eaux usées sont d'abord soumises au prétraitement, mais certaines peuvent s'échapper en raison d'un débordement. Le criblage élimine les plus gros composants qui entrent dans la poubelle. De l'air est ajouté, la couche supérieure (écume) est retirée et les boues (solides qui se déposent au fond) sont éliminées lors du traitement primaire. Une aération supplémentaire est requise pour le traitement secondaire afin de fournir de l'oxygène aux bactéries aérobies qui décomposent les composants organiques du liquide. Une plus grande quantité de boue est éliminée. Les boues éliminées lors des traitements primaire et secondaire sont soumises à une digestion des boues. Cela implique une finition par boues sèches et une production de méthane. Photo prise par Leonard G. (CC-BY-SA).

Ensuite, les solides organiques de l'effluent sont décomposés par des bactéries aérobies (nécessitant de l'oxygène) lors d'un traitement secondaire. Ici, l'effluent est mis en contact avec de l'oxygène. Les microorganismes aérobies décomposent une grande partie de la matière organique en substances inoffensives telles que le dioxyde de carbone. Les traitements primaire et secondaire combinés peuvent éliminer jusqu'à 90 % de la DBO. Après la chloration visant à éliminer sa teneur en bactéries, l'effluent du traitement secondaire est renvoyé dans les eaux de surface locales.

Le solide organique concentré produit lors du traitement primaire et secondaire (boues) est traité de différentes manières, notamment par élimination dans les sites d'enfouissement, incinération, utilisation comme engrais et décomposition bactérienne anaérobie, qui se fait en l'absence d'oxygène. La décomposition anaérobie des boues produit du méthane, qui peut être utilisé comme source d'énergie.

Bien que la combinaison du traitement primaire et secondaire élimine la majeure partie de la matière organique des eaux usées, réduisant ainsi la DBO, la majeure partie de l'azote et du phosphore des eaux usées reste dans l'effluent (partie liquide des eaux usées). Lors du traitement tertiaire, les bactéries sont utilisées pour éliminer les nutriments restants et la filtration se produit. De plus, plusieurs techniques sont disponibles pour éliminer les sels dissous des effluents d'eaux usées, mais elles sont toutes très coûteuses.

Pendant la désinfection, le traitement ultérieur implique une désinfection au chlore, à l'ozone, aux rayons ultraviolets ou à l'eau de javel pour tuer la plupart des microbes. Enfin, l'eau traitée est rejetée dans les eaux de surface (généralement une rivière locale) ou réutilisée à d'autres fins, telles que l'irrigation, la préservation de l'habitat et la recharge artificielle des eaux souterraines

Système de fosse septique

Un système de fosse septique est un système de traitement des eaux usées individuel pour les maisons situées dans des environnements typiquement ruraux. Les composants de base d'un système de fosse septique (figure\(\PageIndex{b}\)) comprennent une conduite d'égout (entrée) provenant de la maison, une fosse septique et un champ de drainage. La fosse septique est un grand récipient où les boues se déposent au fond, où les microorganismes décomposent les solides organiques par voie anaérobie. Le champ de drainage est un réseau de tuyaux perforés où l'eau clarifiée s'infiltre dans le sol et est ensuite purifiée par des bactéries. Des problèmes de pollution de l'eau surviennent en cas de dysfonctionnement de la fosse septique, ce qui se produit généralement lorsqu'un système est installé dans le mauvais type de sol ou mal entretenu.

Figure\(\PageIndex{b}\) : Un système de fosse septique pour le traitement des eaux usées. L'entrée transporte l'égout vers la fosse septique (en haut). À l'intérieur de la fosse septique (en bas), les boues se déposent au fond de l'effluent liquide. Les bactéries anaérobies digèrent les boues. L'écume flotte au-dessus de l'effluent, et l'air au-dessus de celui-ci est appelé espace de tête. Deux orifices d'inspection s'étendent au-dessus de la fosse septique, qui est enterrée sous terre. Il est également accessible par un trou d'homme. L'effluent quitte la sortie vers le champ de drainage, qui contient des tuyaux (latéraux) percés de petits trous. L'effluent est libéré et peut s'infiltrer dans le sol et être ensuite purifié par des bactéries. Image de la United States Geological Survey (domaine public).

Aborder le traitement de l'eau

Pour de nombreux pays en développement, une aide financière est nécessaire pour construire des installations de traitement des eaux usées adéquates. L'Organisation mondiale de la santé estime que les économies de coûts sont estimées à au moins 5 dollars pour chaque dollar investi dans l'approvisionnement en eau potable et l'assainissement. Les économies de coûts proviennent des économies réalisées sur les soins de santé, de gains de productivité au travail et à l'école et de la prévention des décès Les techniques simples et peu coûteuses pour traiter l'eau à la maison incluent la chloration, les filtres et la désinfection solaire. Une autre alternative consiste à utiliser la technologie des zones humides artificielles (marais construits pour traiter l'eau contaminée), qui est plus simple et moins coûteuse qu'une station d'épuration des eaux usées classique.

Attribution

Modifié par Melissa Ha à partir des sources suivantes :

• Traitement de l'eau à partir de la biologie environnementale par Matthew R. Fisher (sous licence CC-BY)
• Traitement des eaux usées à partir de la biologie par John W. Kimball (sous licence CC-BY)
• Ancienne initiative nationale de conformité : empêcher les eaux usées brutes et les eaux pluviales contaminées de pénétrer dans les eaux de notre pays. 2020. EPA. Consulté le 18 janvier 2021. (domaine public)