Épuration des eaux

Un article de Wikivisual, l'encyclopédie libre.

L'épuration des eaux est un ensemble de techniques qui consistent à purifier l'eau soit pour recycler les eaux usées dans le milieu naturel, soit pour transformer les eaux naturelles en eau potable.

Sommaire

1 Eaux usées
- 1.1 Les filières biologiques
- 1.2 Les filières physico-chimiques
2 Production d'eau potable
3 Voir aussi
- 3.1 Articles connexes
- 3.2 Liens externes

[modifier] Eaux usées

Il existe deux techniques principales d'épuration des eaux, s'appliquant tant au traitement des eaux usées qu'à la production d'eau potable. Les techniques physico-chimiques sont par ailleurs essentiellement réservées à l'eau potable.

[modifier] Les filières biologiques

Image:DSC08469 copie.jpg

Les filières biologiques font appel aux micro-organismes naturellement présents dans le milieu naturel pour dégrader la pollution. Elles miment les propriétés d'épuration des sols (filtres plantés de roseaux, filtres à sable) ou des rivières (lagunage, boues activées). L'apport d'oxygène peut être naturel (le vent ou système de cascade) dans les petites installations de lagunage, ou artificiel (turbine ou diffusion de microbulles) dans les stations d'épuration de type "boues activées".

Les bactéries peuvent être libres (boue activée, lagunage) ou fixées (lit bactérien, filtres plantés, filtres à sable, bio-filtre) ou encore biodisques.

[modifier] Les filières physico-chimiques

Les filières physico-chimiques utilisent des moyens physiques (décantation, flottation, filtres et membranes) et/ou des produits chimiques, notamment des coagulants (Chlorure ferrique, Sulfate d'aluminium…) et des floculants. On les utilise pour certains effluents industriels (toxiques) ou lorsque l'on doit gérer des variations rapides des flux à traiter (cas des stations d'épuration de communes touristiques, ou lorsqu'avec un réseau unitaire on veut faire face à l'arrivée d'eau de pluie). Dans l'état actuel des technologies, les membranes de microfiltration et nanofiltration sont encore réservées à la potabilisation de l'eau.

Dans les installations complexes devant traiter plusieurs paramètres, on peut rencontrer les deux filières simultanément.

Classiquement une station d'épuration urbaine à boues activées comprend les étapes suivantes:

traitement primaire, dégrillage, dessablage, déshuilage et éventuellement une première décantation,
traitement secondaire : aération et brassage, décantation secondaire (dite aussi clarification). À partir de ce dernier élément, l'eau clarifiée est rejetée (sauf traitement tertiaire) 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.
éventuellement traitement tertiaire de coagulation-floculation ou de désinfection par le chlore ou l'ozone (pour éliminer les germes pathogènes).

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

Les filières de traitement de l'eau peuvent comporter une étape finale, dite "traitement tertiaire", incluant un ou plusieurs des processus suivants:

désinfection par le chlore ou l'ozone (pour éliminer les germes pathogènes).
Les métaux en solution dans l'eau peuvent être neutralisés : en faisant varier le pH de l'eau dans certaines plages, on obtient une décantation de ces polluants.

Mais chaque étape produit à son tour des sous-produits qu'il faut également éliminer: déchets grossiers, sables et surtout les boues constituées de bactéries mortes.

Donc, en parallèle du circuit de traitement de l'eau, les usines de dépollution comportent également une chaîne de traitement des boues. Le but du traitement des boues est de stabiliser ces boues (les rendre inertes) par un moyen qui peut-être physico-chimique avec par exemple de la chaux, ou biologique en laissant séjourner la boues dans des "digesteurs" (gros stockeur chauffé et brassé en anaérobie). Le traitement comprenant ensuite des ouvrages de décantation (on parle alors d'épaississement), de stockage et de déshydratation (presse, filtre-presse, centrifugeuse), voire de séchage, la valorisation en biogaz, ou même d'incinération. Les métaux en solution dans l'eau peuvent être neutralisés : en faisant varier le pH de l'eau dans certaines plages, on obtient une décantation de ces polluants. La digestion des boues produit du méthane (CH₄), communément appelé gaz de ville, qui lorsqu'il est produit en assez grande quantité est utilisé comme énergie (production électrique, chaudière, etc.), et de l'hydrogène sulfuré (H₂S), qui peut provoquer des asphyxies en milieu confiné.

Lorsque les boues d'épuration sont exemptes de produits toxiques, on peut les recycler en agriculture moyennant un conditionnement propre à faciliter leur manutention et leur entreposage sur site (traitement à la chaux). Lorsqu'elles sont polluées, il est nécessaire de les mettre en décharge. Une solution élégante pour les collectivités locales est de les composter avec les résidus verts ou de réaliser une méthanisation pour produire du biogaz. Dans d'autres pays, les filières d'élimination peuvent varier. En Suisse par exemple, la mise en décharge de boues est interdite et la valorisation agricole a pris fin le 1^er octobre 2006 (avec prolongation de deux ans dans certains cas) ceci en raison des risques pour la santé et les sols et en vertu du principe de précaution. La seule filière autorisée est l'élimination thermique (usines d'incinération des ordures ménagères, cimenteries).

Enfin, un troisième circuit (facultatif) assure le traitement de l'air pollué. Il peut être lui aussi biologique ou chimique.

[modifier] Production d'eau potable

Voici sept méthodes courantes pour purifier l'eau :

Image:Autoclave(1).JPG Image:Alembic.png

[modifier] Filtration

L'eau est passée à travers un filtre qui intercepte les petites particules. Plus petites sont les mailles du filtre, plus petite doit être une particule pour passer. La filtration n'est pas suffisante, mais est souvent nécessaire comme étape préparatoire, pour empêcher les plus grosses particules d'interférer avec les méthodes de purification plus avancées. On distingue la filtration (quelques micromètres), de la microfiltration (de 1 à 0,1 micromètre) de l'ultrafiltration (jusqu'à 0,0001 micromètre). L'ultrafiltration permet d'obtenir une eau purifiée au niveau particulaire, bactérien et pyrogénique.

[modifier] Ébullition

L'eau est maintenue à ébullition un temps suffisamment long pour inactiver ou tuer les microorganismes qui vivent dans l'eau à température ambiante. L'ébullition n'élimine pas les solutés qui ont une température d'ébullition supérieure à celle de l'eau, au contraire leur concentration peut augmenter si de l'eau s'évapore. L'autoclave et la Cocotte minute raffine et améliore le procédé en y ajoutant une pression élevée, qui évite la fuite de l'eau et augmente sa température avant ébullition.

[modifier] Filtrage au carbone

Le charbon de bois, un composé à haute teneur en carbone, adsorbe beaucoup d'autres composés dont certains toxiques. Le chlore est éliminé par catalyse et les organiques sont dissous par adsorption. L'eau est passée à travers du charbon actif, issu de la noix de coco ou du charbon, pour la purifier de ces composés. Cette méthode est surtout utilisée pour filtrer l'eau des ménages et l'eau des aquariums. Elle permet aussi d'éviter le colmatage par les composés organiques dissous.

[modifier] Distillation

On fait bouillir l'eau de façon à produire de la vapeur, qui s'élève, et est mise en contact avec une surface refroidie où la vapeur se condense à nouveau en eau et peut être recueillie. Les solutés ne se vaporisent normalement pas et restent ainsi dans la solution mise à bouillir. Cela dit, même la distillation ne purifie pas complètement l'eau, du fait de contaminants ayant à peu près la même température d'ébullition que l'eau, et de gouttelettes d'eau non vaporisée transportées avec la vapeur.

[modifier] Osmose inverse

Une forte pression mécanique (en milliers d'hectopascals) est appliquée à une solution impure pour forcer l'eau à passer à travers une membrane semi-perméable. On appelle cela l'osmose inverse parce que l'osmose normale verrait l'eau pure se déplacer dans l'autre sens pour diluer les impuretés. L'osmose inverse est en théorie la meilleure méthode pour la purification à grande échelle de l'eau, mais il est difficile de créer de bonnes membranes semi-perméables. Selon le type de membrane, on obtient 85 à 98 % d'élimination des ions inorganiques, 99 % des colloïdes, bactéries, pyrogènes et virus, 80 à 98 % d'élimination de la silice. Cette méthode est parfois appelée hyperfiltration.

[modifier] Chromatographie par échange d'ions

Dans ce cas, l'eau est passée à travers une colonne chargée de résine qui capte les ions en libérant en échange des ions hydroxyde (pour les ions négativement chargés : sulfate, carbonates, etc.) ou hydronium (pour les ions positifs : calcium, magnésium, autres métaux, etc.), qui se recombinent pour reformer de l'eau. Dans de nombreux laboratoires, cette méthode de purification a remplacé la distillation car elle procure un grand volume d'eau très pure plus rapidement et en consommant moins d'énergie. L'eau obtenue de cette façon est appelée eau déionisée ou eau déminéralisée. Contrairement à la distillation, la déminéralisation permet une production à la demande. Les résines échangeuses d'ions sont parfois couplées à une post-filtration afin d'éliminer les particules issues de la résine.

[modifier] Photo-oxydation

L'eau subit un rayonnement ultraviolet de haute intensité. Cela permet de cliver et d'ioniser les composés organiques, qui peuvent ensuite être éliminés dans les colonnes échangeuses d'ions. Cela provoque en outre l'apparition de composés oxydants, capables de détruire les micro-organismes et certaines molécules.

[modifier] Voir aussi

[modifier] Articles connexes

w:Sewage treatment : L'épuration des eaux telle qu'elle est décrite sur la Wikipédia anglophone est semble-t-il assez différente de ce qui est présenté dans cet article, en raison de l'utilisation du procédé de méthanisation qui digère la pollution et l'aseptise. L'élimination des nitrates vient ensuite. Ce procédé, très répandu dans les années soixante, n'est pratiquement plus utilisé en France pour les effluents urbains. En Europe, la priorité est donnée à l'élimination des nitrates, ce qui n'est pas forcément le cas dans tous les pays.

[modifier] Liens externes

La méthanisation des effluents industriels Site d'information pour l'épuration naturelle par méthanisation et la production d'énergie renouvelable : Le biogaz.
Encyclopédie Newlimits.org : Traitement de l'eau par l'énergie solaire
Encyclopédie Newlimits.org : Filtrage de l'eau par phytoépuration (ou lagunage)
http://cartel.oieau.fr/
Service d'Administration des Données et Référentiels sur l'Eau (SANDRE) : Les principales caractéristiques des stations d'épuration en France
Station d'épuration autonome avec assainissement biologique Informations, lois françaises et un film d'animation explicatif sur le procédé en aérobie et anaérobie.
http://www.eden-enr.org/ Association EDEN de promotion de la méthanisation et de la valorisation du biogaz
L'eau potable : un enjeu planétaire
Association AQUATERRE Tout savoir sur l'épuration par les plantes

Image:Crystal pipe.png	Eau potable	[modifier]
En France (loi du 3 janvier 1992) \| Prix \| Eau minérale Trouver de l'eau et l'épurer pour la rendre potable
	Image:Portal.svg Portail de l'eau