Constituants principaux du traitement des eaux usées, apprendre à les connaître

Il est évident que nous devons traiter les eaux usées de nos industries et de nos villes, savez-vous ce qui rend l’eau usée ? Pour comprendre pourquoi les eaux usées sont considérées comme des déchets, nous devons d’abord identifier leurs constituants et pourquoi nous devons les traiter. Le traitement des eaux usées est un équilibre étroit entre les traitements chimiques et biologiques qui travaillent conjointement pour éliminer ces constituants.

Voici une liste courte mais importante de paramètres et de termes qui vous permettront de mieux comprendre ce que votre représentant Aquasan essaie de réaliser lors de la conception d’un traitement chimique.

pH

Le pH, bien qu’il s’agisse d’un paramètre apparemment simple à contrôler, est également une composante de qualité essentielle de votre système. Le pH est une mesure de la concentration d’ions hydrogène dans votre eau. La plage de concentration pour la plupart des réactions biologiques est assez étroite et se produit dans une plage de pH de 6-9. Les eaux usées à l’extérieur de cette plage sont extrêmement difficiles à traiter par des moyens biologiques et si la concentration n’est pas modifiée avant le rejet dans l’aquifère, elles modifieront la concentration en H+ des eaux naturelles affectant donc aussi l’environnement naturel.  De plus, le pH est aussi une variable critique à la conception de votre programme chimique, puisque certains coagulants et polymères requièrent un pH spécifique. Le pH est donc l’une des principales préoccupations des eaux usées car il dictera directement la performance du système biologique et chimique ou la santé de l’aquifère dans lequel vos eaux usées sont rejetées.

Alcalinité

L’alcalinité résulte de la présence de groupes d’hydroxyde [OH-], de carbonates [CO₃ ^2-] et de bicarbonates [HCO₃-]. Bien que l’alcalinité soit importante pour résister aux changements de pH dus à l’ajout de composés acides, il s’agit d’un composant essentiel où des systèmes de traitement chimique et biologique sont utilisés. L’alcalinité est consommée pour l’élimination biologique des nutriments, tels que l’azote, ce qui en fait un paramètre critique lors de la planification de l’élimination biologique des nutriments.

Azote

L’azote est essentiel pour la croissance des micro-organismes, des plantes et des animaux, agissant comme le bloc de construction à la synthèse des protéines. Les composés azotés constituent un nutriment de base pour de nombreux systèmes biologiques complexes, y compris le système des eaux usées, ce qui signifie que le manque ou l’excès d’azote sont tous deux préjudiciables à la « traitabilité » de l’eau. L’azote, sous ses nombreuses formes, est souvent analysé et quantifié pour s’assurer que l’élimination biologique de l’azote peut être réalisée, puisque l’excès d’azote dans l’effluent pourrait finalement conduire à l’eutrophisation de l’écosystème en aval.

Phosphore

Le phosphore est également un nutriment essentiel à la croissance des organismes, en particulier des algues. Les proliférations d’algues sont une cible principale pour de nombreuses municipalités et organismes de réglementation, car la prolifération entraîne l’épuisement de l’oxygène dissous dans le plan d’eau, causant ainsi le phénomène d’eutrophisation. Le phosphore est également analysé et quantifié lors de la conception d’un programme chimique, car le phosphore sous certaines formes peut être traité biologiquement et, contrairement à l’azote, peut également être traité chimiquement avec l’ajout de coagulants.

 Constituants organiques agrégés (DBO/DCO/COT)

Les composés organiques dans les eaux usées sont généralement composés de protéines, de glucides, d’huiles et de graisses, mais ils sont également composés d’un certain nombre de molécules organiques synthétiques différentes qui vont de simples à extrêmement complexes. Les composés organiques de diverses complexités présentent une gamme variée de résistance à la décomposition. Il est souvent plus simple et plus précis de considérer tous les constituants spécifiques comme la somme de toute la matière organique ou des constituants organiques agrégés.

Ces composés organiques subissent une décomposition dans l’écosystème naturel s’ils ne sont pas traités avant d’être rejetés dans l’environnement. Pour décomposer ces composés, l’organisme consomme de la matière organique par trois voies différentes : l’oxydation, la synthèse et la respiration endogène. Le facteur commun à ces trois voies est la consommation nette d’oxygène dissous, ce qui conduit à nouveau à l’épuisement de l’oxygène dans l’aquifère et, éventuellement, à la réduction de la vie dans les aquifères.

Il existe 3 méthodes de laboratoire couramment utilisées pour mesurer la demande biochimique en oxygène (DBO) de la matière organique brute, la demande chimique en oxygène (DCO) et le carbone organique total (COT).

DBO/DBO₅

Bien que le test DBO/DBO5 présente de nombreuses limites, il est encore largement utilisé pour dimensionner les stations d’épuration des eaux usées ainsi que pour déterminer la conformité de ces usines aux permis de rejet, ce qui rend essentiel la compréhension du terme et de sa valeur. La mesure de la DBO à 5 jours (DBO₅) consiste simplement à mesurer l’oxygène dissous consommé par les micro-organismes lors de l’oxydation biochimique de la matière organique.

Ce concept peut également être simplifié comme suit : si suffisamment d’oxygène dissous est disponible, la décomposition biologique aérobie des déchets organiques se poursuivra jusqu’à ce que tous les déchets soient consommés.  Pour les effluents, une faible concentration de DBO signifie moins d’eau contaminée, ce qui crée moins d’appauvrissement en oxygène car l’organisme décompose le reste des composés organiques dans l’aquifère naturel.

 DCO

La DCO, ou demande chimique en oxygène, est un test qui mesure la quantité d’oxygène équivalente de la matière organique dans les eaux usées qui peut être oxydée chimiquement à l’aide d’une solution d’acide et de dichromate. Bien que cet essai soit représentatif d’une grande partie de la matière organique totale présente (chimiquement oxydable), il est souvent utilisé de manière opérationnelle pour déterminer la quantité de matière organique présente dans les eaux usées en raison du peu de temps requis pour effectuer cet essai.

À titre de comparaison, le test DCO prend environ 2,5 heures à produire, tandis que le test DBO₅ est un test de 5 jours. Habituellement, le test DCO est utilisé dans un rapport pour déterminer la DBO₅ rapidement sans avoir à attendre 5 jours pour les résultats. Les fourchettes typiques de DBO/DCO sont de 0,3 à 0,8 pour les effluents non traités et d’environ 0,5 pour les eaux usées qui ont subi un traitement primaire.

COT

Le COT, ou carbone organique total, est un test qui transforme essentiellement le carbone organique total d’une solution en CO₂ par de multiples moyens, tels que la chaleur, le rayonnement UV, l’oxygène, les oxydants chimiques ou une combinaison des deux. Le CO2 est ensuite analysé et quantifié pour déterminer la charge de COT. Le COT est également populaire sur le plan opérationnel car le test prend entre 10 et 15 minutes afin de produire des résultats.

Toutefois, une relation valide doit être établie entre le COT et la DBO pour utiliser les résultats du test COT. Le test de la COT ne doit pas être utilisé sur les eaux usées qui changent rapidement. Les plages habituelles de DBO:COT sont de 1,2 à 2,0 pour les effluents non traités et d’environ 0,8 à 1,2 pour les eaux usées qui ont subi un traitement primaire.

Huiles et graisses

L’un des principaux contributeurs aux huiles et aux graisses est l’utilisation domestique de graisses, telles que les huiles végétales, le beurre, la margarine et autres. Un autre facteur important est la transformation industrielle des aliments, où une grande quantité de graisse est concentrée dans un seul bassin versant. Enfin, les dérivés du pétrole et les dérivés du goudron sont également présents dans l’eau récoltée près des garages, des industries ou simplement des rues.

Si les huiles et les graisses ne sont pas retirées de l’eau avant de s’écouler dans les eaux naturelles, ces dernières créent un film au-dessus de l’aquifère, perturbant les échanges nécessaires au maintien de la vie biologique. Il est crucial d’éliminer toutes les huiles et les graisses avant la décharge, car une petite quantité crée un film mince qui nuit à la vie biologique.  Des niveaux aussi bas que 0,5 litre d’huiles et de graisses par hectare d’eau de surface créeront un film mince assez puissant pour perturber la vie aquatique.

Métaux

Une petite quantité de métal est présente dans les eaux usées, et beaucoup de ces métaux sont nécessaires à la croissance de nombreux micro-organismes; Cependant, nous devons nous assurer que ces métaux n’atteignent pas des concentrations toxiques dans les effluents. Certains métaux ont tendance à s’accumuler ou à se bioaccumuler dans l’écosystème.

Les métaux doivent être analysés sur deux différentes filières, la filière eau et la filière boue. Lors de la déshydratation des boues pour le compostage ou l’épandage, nous devons être extrêmement vigilants afin d’éviter la tendance de certains métaux à s’accumuler et à se concentrer à un point de toxicité. La plupart des organisations législatifs environnementales imposent des exigences strictes pour l’épandage de biosolides sur les terres agricoles afin d’empêcher l’accumulation de métaux sur les terres arables.