Etude d'une station d'épuration par Lagunage

 

    COMMUNE DE LA FARE EN CHAMPSAUR

       Une station de lagunage c’est quoi ?

Le lagunage est un procédé d'épuration naturelle qui a pour principe d'utiliser la végétation aquatique comme agent épurateur des eaux polluées. Les plantes aquatiques sont ici utilisées comme support aux colonies bactériennes, assurant l'épuration efficace de l'eau qui traverse lentement les colonies végétales installées.

Les éléments polluants comme le nitrate sont ainsi absorbés par les plantes pour restituer, en sortie de lagunage, une eau de bonne qualité.

1. Le principe.

1. Les avantages et les inconvénients.

1. Le type de végétation.

1. L’entretien.

 

 

Ce que traite la station d’épuration.

Les eaux résiduaires admises dans une station d’épuration sont généralement :

 

• Des eaux ménagères provenant des cuisines et du lavage contenant essentiellement des matières organiques (graisses, protéines) et des produits chimiques (produits d’entretien, détergeant…)

• Les eaux vannes provenant des sanitaires et contenant des matières organiques biodégradables et des micro-organismes

• Les eaux résiduelles industrielles dont la nature est compatible avec le traitement assuré par la station d’épuration, c’est à dire biodégradable et non toxique.

• La pollution à traiter est caractérisée par les paramètres suivants :
  - les matières en suspension ou MEST,
  - les matières organiques carbonées, exprimées en DCO et DBO5
  - les matières azotées exprimées en azote total NTK (somme de l'azote organique et ammoniacal),
  - les matières phosphorées, exprimées en phosphore total PT.
  
  
  
  
  Pour déterminer la capacité de traitement d'une station d'épuration, exprimée en équivalant/habitants, on considère qu'un habitant rejette chaque jour 60 g de DBO5, 100 g de DCO, 12 à 13 g d'azote NTK et 3 à 4 g de phosphore.

  

Comment fonctionne une station d’épuration ?

Collecte de la totalité des eaux à traiter dans la bâche de relèvement.

Les pompes (ou vis d’Archimède), installée dans le fond de l’ouvrage, permettent de relever les eaux au point le plus haut de la station, pour permettre ensuite leur écoulement de graviter d’un bassin à l’autre.

Bassin d’orage.

La partie la plus polluée du surplus d’eau apportée en temps de pluie est stockée dans ce bassin, avant d’être admise sur la station d’épuration afin d’y être traitée.

On ne trouve pas systématiquement ce type d’ouvrage sur les stations d’épuration : ils peuvent aussi être répartis sur l’ensemble du réseau d’assainissement, constituant des points intermédiaires de stockage.

Pré traitement des eaux

Dans un premier temps, on retient les éléments les plus facilement séparables.

La première étape est le dégrillage, qui permet de retenir les corps flottants et les plus gros déchets en faisant passer l’eau à travers une grille.

Ensuite, le dessableur/ dégraisseur permet de récupérer les sables et les particules lourdes par décantation, tandis que les matières grasses sont entraînées vers la surface de l’ouvrage par des bulles d’air injectées dans l’eau, puis sont récupérées par raclage.

Bassin d’aération

C’est le cœur de la station. Le bassin contient des micro-organismes qui, grâce à l’injection d’air, consomme la pollution dissoute et se développent. Ce mélange forme les boues activées (biologiques).

Clarification

L’eau traitée est séparée des boues par décantation de celles-ci au fond du clarificateur.

Le traitement des boues

Le traitement de la pollution conduit au développement des boues, dont il faut régulièrement extraire le surplus de la filière de traitement de l’eau. Ces boues résiduaires sont déshydratées, afin d’en extraire l’eau et d’en réduire le volume.

La déshydratation est effectuée le plus souvent de manière mécanique, par filtration, dans un local de traitement des boues.

Celles-ci sont ensuite évacuées directement vers la filière d’élimination (compostage, mise en centre d’enfouissement technique) ou stockée sur le site de la station en vue de leur épandage en agriculture (cette filière concerne 80% des boues produites par les stations du périmètre de compétence du SDEA).

Le lagunage est un procédé d’épuration naturelle qui a pour principe d’utiliser la végétation aquatique comme agent épurateur  des eaux polluées. Basée sur la déseutrophisation , il s'inspire des systèmes naturels d'épuration et filtration par des micro-organismes,des algues et des plantes aquatiques sont ici utilisées comme support aux colonies bactériennes, assurant l’épuration efficace de l’eau qui traverse lentement les colonies végétales installées. Parfois, on fait aussi ruisseler l'eau au travers des racines de plantations d'arbres, éventuellement des saules traités en taillis coupés en courte rotation (TCR).

On distingue le lagunage non aéré qui est une technique anaérobie et le lagunage aéré qui appartiennent aux techniques aérobies. La profondeur des bassins varie de 0,5m à 1,5m sans aération artificielle (lagunage naturel) et de 2,5m à 3m avec une aération artificielle.

Les éléments polluants comme le nitrate sont ainsi absorbés par les plantes pour restituer, en sortie de lagunage, une eau de bonne qualité. L'eau qui sort de ce système est conforme aux normes de la Directive 91-271 du 21 mai 1999 concernant les paramètres d'épuration : DCO, DBO, MeS, Pt, Nk...

Le lagunage est placé au niveau D en matière d’impact des rejets sur le milieu récepteur, en accord avec les quantités minimales suivantes :

• matières en suspension totales (MES) : 120 mg/l ;
• demande chimique en oxygène (DCO) : 120 mg/l ;
• demande biologique en oxygène en 5 jours (DBO5) : 40mg/l.

On constate aussi une grande efficacité sur la réduction des concentrations en phénols, hydrocarbures, détergents et engrais dans les eaux en sortie de lagunage. La longue exposition des eaux aux rayons ultra-violets du soleil permet de réduire considérablement le nombre d’agent pathogène pouvant être des bactéries, des virus et des parasites.

Une puissance de 20 W/m³ permet que l'ensemble des boues reste en suspension et soit transporté avec l'effluent. Si un recyclage des boues provenant de la décantation secondaire est prévue, l'installation est alors une installation à boues activées avec de grandes durées d'aération.

Le plus répandu est le lagunage mixte. Une puissance de 3 à 4 W/m³ suffit alors pour faire circuler et alimenter en oxygène la totalité de l'eau. Mais dans ce cas, la boue se dépose au fond et agit sur les matières nutritives ramenées au-dessus d'elle, comme une boue fixe, avec action biologique aérobie, analogue au film biologique du lit bactérien.

Le lagunage naturel comme procédé d’épuration des eaux est conseillé pour des stations ayant une capacité de 250 à 1500 éq-hab^[1](mais peut se rencontrer de 100 à 2000 éq-hab). Le lagunage aéré est conseillé de 400 à 2000 éq-hab (mais peut se voir de 200 à 3000 éq-hab).

Principe

 

Une station de lagunage, c’est d’abord une succession de bassins ( de 3 à 5 ) de 0.40 m à 1.20m de profondeur dans lesquels l’eau s’écoule par gravité. Il peut s’avérer nécessaire (pour les grosses installations) d’utiliser des bassins de pré traitement : dégraisseur, déshuileurs, dessableurs… qui, comme leurs noms l’indiquent, sont chargés d’éliminer les particules solides et des graisses.

 

 

 

Les premiers bassins sont des bassins à micro-organismes, où est dégradée la matière organique contenue dans les eaux usées. On trouve dans ces bassins un écosystème constitué de végétaux qui par photosynthèse produisent de l’oxygène qui nourrit le phytoplancton qui à son tour nourrit le zooplancton. L’eau transite ensuite dans des bassins profonds, à macrophytes (iris, roseaux, joncs…) Ceux-ci absorbent les éléments minéraux issus de la dégradation de la matière organique pour leur croissance.

 

 

 

 

 

Avantages/ inconvénients

 

Avantages

Le lagunage naturel présente de nombreux avantages par rapport aux procédés traditionnels :

-          Excellente élimination de la pollution microbiologique.

-         Faibles coûts d’investissements et de fonctionnement.

-         Très bonne intégration paysagère.

-          Valorisation aquacole et agricole de la biomasse planctonique produite et effluents épurés.

Inconvénients

-          Contraintes possibles s’il y a nécessité d’imperméabiliser le sol.

-          Variation saisonnière de la qualité de l’eau en sortie.

-          N’apprécie pas les grandes pollutions ponctuelles et les pollutions chimiques.

-          En cas de mauvais fonctionnement, risque d’odeurs.

Végétation

 

Les phragmites (roseaux) sont le plus souvent utilisés. Il s’agit généralement de toutes les plantes que l’on trouve au bord des étangs et des lacs et qui ont la capacité à la foi de transformer la matière organique et de fixer les métaux lourds et produits dérivés des détergents. Si l’on y rejette uniquement les eaux grises, 1m² par personne suffit, sinon, 10m² sont conseillés. Les lentilles d’eau sont aussi efficaces pour l’épuration, de plus elles sont très riches en protéines (35 à 50% du poids sec) et constituent un bon aliment pour les animaux.

 

En France, les filtres plantés de roseaux à flux vertical et les lagunages naturels sont tous deux des systèmes de traitement extensifs bien adapté aux petites communes rurales essentiellement parce qu'ils sont faciles à exploiter et que leurs performances sont fiables. La plupart du temps, l'effluent rejeté est de meilleure qualité que les niveaux minimums requis par la réglementation [respectivement D4 et D3 de la circulaire du 17 février 1997], même si la qualité de rejet d'un lagunage peut être affectée par des variations saisonnières, particulièrement les concentrations en nutriments. En sortie des filtres plantés, les concentrations de nitrates sont élevées en raison des conditions fortement aérobies qui prévalent dans les filtres du 2^ème étage. Dans ceux du 1^er étage, une légère dénitrification peut intervenir à la base des filtres quand l'eau est temporairement stockée pour alimenter le siphon qui réalise les bâchées sur les filtre du 2^ème étage. Pour les 2 procédés, l'extraction des boues accumulée dans la 1^ère lagune ou sur les filtres du 1^erétage est seulement nécessaire à échéance d'une dizaine d'années à charge nominale. Le teneur en matière sèche de la boue extraite des filtres plantés est d'évidence plus importante que celle des lagunes. Pour les 2 procédés, les tâches routinières d'exploitation pour une station de 400 équivalents-habitants représentent environ 100 heures de présence annuelle du préposé. Pour un lagunage naturel de 1 000 éq-hab, il faut consacrer moins de temps que pour des filtres plantés de roseaux de taille équivalente à cause du faucardage annuel des roseaux qui n'est guère réductible. Quand les boues ont été extraites des zones adéquates, ces stations sont prêtes pour un nouveau cycle de fonctionnement sans avoir à changer un équipement électromécanique et cela contribuent fortement à la fiabilité des performances épuratoires.

 

Voici une liste non exhaustive de plantes, le nom est suivi de deux indices, le premier représente sa valeur épuratrice (sur 100) et la seconde sa valeur décorative, mais là c'est plus une question de goût..

• Acorus calamus, cv. Variegatus 25-85
• Acorus calamus, 25-35
• Alisma plantago-aquatica, 35-65
• Apium inudatum, 50-50
• Aponogeton distachyus, 35-100
• Caltha palustris et hybrides, 30-100
• Carex, (toutes les espèces) 30-50
• Cyperus longus, et Asper, 50-75
• Glyceria maxima, et cv. Variegata 75-75
• Hippuris vulgaris, 85-75
• Iris pseudacorus, et cv. Variegata, versicolor, laevigata 50-100
• Juncus conglomeratus, inflexus 50-70
• Jussiaea grandiflora, 100-100
• Menthe aquatique Mentha aquatica, et Mentha aquatica rubra 75-75
• Menyanthes trifoliata, 75-75
• Nuphar luthea, et sp. 90-90
• Nymphaea, 50-100
• Oenanthe aquatica, et fistulosa 70-70
• Phragmites australis, stolonifera, karka cv. Variegata 70-60
• Ranunculus flammula, Ranunculus lingua 80-80
• Sagittaria japonica, sagittifolia, lancifolia 80-100
• Saururus cernuus, 70-80
• Scirpus holoschoenus, lacustris, tabernaemontani et cv. Albescens 50-100
• Sparganium ramosum, 60-60
• Stachys palustris, 80-100
• Typha latifolia, angustifolia, minima 70-90
• Zizania latifolia, 70-90
• Ceratophyllum, chara. elodea, tillea, myriophyllum, potamogeton, stratiotes 100-50
• Azolla, hydrocharis, lemna, trapa 90-90
• Pontederia cordata, 50-100
• Butomus umbellatus, 50-80
• Phalaris arundinacea, cv. Pieta 70-50
• Preslia cervina, 50-70
• Veronica beccabunga, 70-70
• Villarsia nymphoides, 70-70

                       Remarque la jacinthe d’eau est parfois conseillée, car elle semble constituer une biomasse intéressante qui nettoie efficacement les métaux lourds, mais cela est sans regarder les autres dangers. Originaire d’Amérique du Sud, cette plante a été introduite soit accidentellement, soit volontairement pour sa beauté, et s’est parfaitement adaptée aux régions tropicales ou elle prolifère partout. Cette belle  étrangère est une tueuse. Elle vole l’oxygène de l’eau aux plantes indigène, aux poissons et aux amphibiens et les asphyxie.

 

 

Les 4 saisons du lagunage (ou filtre végétalisé)

Le printemps
Au printemps, après le retrait des végétaux faucardés durant l'automne précédent, toutes les plantations retrouvent leurs places. Suivant le type de système et les variabilités de plantations, il se peut qu'un éclaircissement des plants ait à être effectué (certaines variétés étant plus envahissantes que d'autres, ceci étant également conseillé dans le but de maintenir la biodiversité.

L'été
A cette saison, toutes les plantations ornent de façon spectaculaire le jardin, l'eau à la sortie du système peut être récupérée pour l'arrosage des pieds des plantations du potager, dans le cas où un étang a été réalisé, les libellules et autres insectes vont venir rapidement occuper l'espace ce qui fera le plaisir des enfants sans pour cela envahir votre environnement!

L'automne
A la fin du mois de septembre, un faucardage devra avoir lieu, les végétaux coupés restent sur place à même les graviers (ce faucardage devant avoir lieu ou pas suivant le type de système qui aura été implanté).

L'hiver
En hiver, le système continue de fonctionner de façon moins optimale que durant les autres saisons mais néanmoins maintient amplement les exigences de résultats épuratoires exigés par la Communauté Européenne, chacun peut également profiter de l'aspect esthétique de ce type de réalisation.

Les techniques de phytoépuration présentent de nombreux avantages par rapport aux stations d'épuration traditionnelles. Tout d'abord le rendement obtenu par les plantes est souvent supérieur aux procédés en réacteurs (à condition que l'installation de phytoépuration soit correctement dimensionnée). La phytoépuration ne consomme quasiment pas d'énergie et produit une quantité réduite de déchets facilement traitables (les roseaux une fois coupés peuvent être utilisés en chaume, compostés ou brulés). Le coût global du procédé (mise en place et entretien) est inférieur à celui des systèmes classiques. Par ailleurs, des bassins végétalisés s'intègrent mieux au paysage que les réacteurs et décanteurs en béton et donc seront plus facilement acceptés par les populations résidant à proximité.

Cependant, les processus de phytoépuration des eaux demandent plus d'espace que les stations d'épuration classiques. Dans un contexte foncier tendu, cela limite les possibilités d'installation et rend même les projets financièrement impossibles dans les grandes villes en raison du coût induit par l'acquisition des terrains par la commune.

 

Procédé	Surface en éq-hab	entretien	Principaux avantages	Inconvénients majeurs
Lagunage	10 m²	1.         Curage des boues 2.         Faucardage 3 fois /an 3.         Fauche des abords x fois/an	1.         Elimination de la charge microbienne 2.         Pas ou peu de consommation d’énergie	Surface importante
Filtres roseaux	1, 5 m² à 2 m²	Faucardage  x fois /an	Surface minimale
Jardins filtrants	1 à 5 m²	1.         Elagage des végétaux 2.         Faucardage	Intégration paysagère
Epuration par le sol	10 m²	Coupe du bois	Production de bois	Surface importante
Saulaie	24 m²	Coupe du bois	Production de bois	Surface importante
Station à boues activées	< 1 m²	1.         Curage des boues 2.         Apport de produits chimiques	1.         Surface minimale 2.         Traitements poussés	1.         problème de stockage et d’évacuation des boues 2.         Consommation d’énergie

Le Coût

 

Pour une station par filtre planté de roseaux pour 500 habitants Coût d’investissement 224 €uro ttc éq-hab

 

En conclusion

 

Je pense qu’il est préférable que notre choix se porte sur une station par filtre planté de roseaux. Cette solution est de loin la plus économique, et s’inscrit entièrement  phase avec le développement durable.

L'enjeu, rappelons-le en conclusion est vital : qu'il reste de l'eau pure pour nos enfants…