La Station d'épuration

Procédé d’épuration par filtres plantes de roseaux

LITS A MACROPHYTES® est un nom déposé par l’association DEFIE

Le dossier ci-dessous comprend les parties suivantes :

  • Principe de fonctionnement
  • Présentation de la station d’épuration
  • Entretien de la station

 


 

Principe de fonctionnement

Une station à lits à macrophytes est constituée de bassins étanches remplis de graviers. Des roseaux sont plantés dans ces bassins. Leur rôle est multiple :

  • ils mettent à disposition des bactéries l’oxygène de la photosynthèse en le faisant transiter à l’intérieur de la tige dans un tissu appelé aérenchyme, jusqu’aux racines où il est relargué.
  •  ils permettent le décolmatage naturel du gravier par l’effet mécanique du vent qui fait osciller les roseaux, laissant ainsi toujours un anneau libre à la base de la tige pour le passage de l’eau
  • ils contribuent au compostage des boues s’accumulant sur les premiers bassins en maintenant une humidité idéale à la surface des bassins.
  • ils vont utiliser l’azote contenu dans les eaux pour leur croissance.
  •  ils vont participer à la désinfection des eaux en sécrétant des biocides au niveau de leurs racines.
  •  ils assurent une très bonne intégration de la station dans le paysage.

Macrophytes est le terme scientifique qui désigne les végétaux supérieurs. Dans le cas du traitement des eaux usées, les macrophytes utilisés sont des roseaux communs portant le nom de phragmites. Les lits sont en fait des bassins étanches creusés dans le sol.

L’eau usée est acheminée dans les bassins et s’écoule à travers les graviers. Des bactéries vont pouvoir se développer naturellement et se fixer aux racines des roseaux, là où l’oxygène est disponible. Elles détruisent alors les polluants dissous. L’effluent épuré est ensuite récupéré par un drain dont les parois ne laissent passer que l’eau.

 


 

1. Les mécanismes d’élimination de l’azote dans les stations d’épuration à lits à macrophytes®

a. L’Ammonification

La première étape du traitement est l’ammonification qui peut se produire en présence ou en absence d’oxygène. Dans cette étape, qui se fait en entrée de station, l’azote organique se minéralise sous forme d’ammoniaque (NH4-’). Pour obtenir de bons abattements sur l’azote, deux étapes sont ensuite nécessaires

b. La Nitrification

Elle correspond à l’oxydation de l’azote ammoniacal en nitrites puis en nitrates. Cette réaction n’est possible qu’en milieu aérobie (présence d’oxygène) et est effectuée par des bactéries nitrifiantes se développant de façon naturelle dans les bassins. Les filtres verticaux offrent des conditions satisfaisantes à la nitrification par le fait qu’ils sont composés de lits de graviers aérés par des drains et alimentés par bâchées. Les filtres verticaux ont par conséquent de très bons rendements sur l’azote ammoniacal mais sont générateurs de nitrates. La nitrification ne peut par contre pas, s’opérer de façon convenable dans des filtres horizontaux qui sont en permanence en charge et ne contiennent que quelques zones aérobies très limitées en volume, principalement autour des racines des roseaux.

c. La Dénitrification

Pour compléter le traitement de l’azote, il faut ensuite réduire les nitrates en composés gazeux. Cette étape n’est possible qu’en milieu anoxique (absence d’oxygène). Les filtres verticaux ne sont pas adaptés pour la dénitrification du fait de leur aération importante. Pour que la dénitrification puisse se faire, il faut donc envoyer les eaux vers des filtres horizontaux présentant les conditions requises (zones d’anoxie, présence de nitrates issus de la nitrification dans un étage à filtration vertical antérieur). De même que pour la nitrification, la dénitrification est due à la présence de bactéries dénitrifiantes ne se développant qu’en absence d’oxygène.

d. Le rôle des roseaux

Les plantes aquatiques présentes dans les lits à macrophytes vont elles aussi assimiler de l’azote sous ses formes minéralisées. Cette élimination de l’azote par les plantes reste pourtant faible mais non négligeable puisqu’on estime qu’un quart de l’azote minéralisé peut être assimilé par les plantes. Pour ne pas remettre en circulation cette fraction de l’azote, il convient donc de faucarder et évacuer annuellement les roseaux.

e. Le rôle du garnissage

Le gravier en place dans les bassins des les filtres verticaux permet une rétention par adsorption des ions ammonium pendant les période de repos. Ils peuvent alors s’oxyder en nitrites puis nitrates avant d’être lessivés par les bâchées vers les étages de traitement suivants.

Les systèmes hybrides reliant des filtres verticaux à des filtres horizontaux permettent donc un abattement optimal de l’azote sur les stations d’épurations à lits à macrophytes . Ainsi peuvent s’opérer successivement l’ammonification, la nitrification puis la dénitrification permettant d’obtenir des rendements sur l’azote très satisfaisants.

2. Abattement bactériologique

Les différentes études menées à l’étranger comme en France démontrent la bonne capacité d’abattement de la pollution bactériologique (coliformes - entérocoques) obtenus dans les filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal. Ces données ont été confirmées par les expérimentations menées par DEFIE et l’Université de Savoie sur la station d’épuration de Curienne en Savoie. Les raisons de cette efficacité sont multiples. Les granulométries utilisées permettent de retenir par filtration ces germes.

Une fois retenus, plusieurs voies de dégradation se mettent en place

• Au niveau de la rhizosphère (ensemble rhizomes - gravier - bactéries), beaucoup d’organismes se développent dont de nombreux prédateurs des germes pathogènes. La première voie d’élimination est donc la prédation.

• Les racines des roseaux utilisés sécrètent des biocides qui vont éliminer en grande quantité les germes pathogènes.

• Autre voie de dégradation : l’élimination d’une partie des germes pathogènes par dégradation avec la matière organique.

• Enfin, le temps de séjour des eaux dans les bassins est l’un des paramètres important. En effet, le temps de séjour des eaux dans des filtres à écoulement horizontal est souvent supérieur à la durée de vie de certains germes pathogènes. C’est pourquoi il est recommandé d’utiliser cette technique après des filtres à écoulement vertical lorsque le milieu récepteur est sensible au paramètre bactériologique (zone de baignade ou nappe phréatique à proximité, ...)

En été, période la plus favorable à l’abattement bactériologique, la présence d’un filtre horizontal sur le traitement des eaux usées permettra d’atteindre un abattement supérieur à 3 unités logarithmiques (soit un rendement supérieur à 99,9 %).

3. Mécanisme d’abattement du phosphore

Dans les eaux usées domestiques, le phosphore est présent sous forme de polyphosphates phosphores organiques orthophosphates

Les deux premiers sont hydrolysés, par l’action des microorganismes présents dans le milieu, en orthophosphates (H2POà , HP042 P043"). Ces orthophosphates vont être adsorbés aux oxydes de Fer, d’Aluminium et autres métaux, ainsi qu’à la calcite de la surface des graviers, pour former un complexe phosphato-métallique, par des actions d’échange de liguant. Ils sont stockés autour des graviers et mis à la disposition des plantes.

Les roseaux assimilent les orthophosphates pour leur croissance. L’exportation est d’environ 200 kg de phosphore par an et par hectare.

Ce mécanisme est relativement long. C’est pourquoi, il ne peut se réaliser que sur une filtration horizontale.

Il est à noter qu’un relargage est possible si le débit devient environ 5 fois supérieur au débit nominal de la station.

 


Présentation de la station d’épuration

1. Caractéristiques de la station

L’emprise totale de la station sur le terrain est d’environ 3 300 m2.

Le terrain choisi se situe dans le département de la Savoie, commune de Venthon, parcelle cadastrée n° 2214 section A.

La station permet d’assainir les eaux usées de la commune de Venthon. Le réseau permet d’amener les effluents en gravitaire jusqu’à la station. Ce réseau est de type mixte.

Le dénivelé sur le terrain ne permet pas un écoulement gravitaire sur l’ensemble des bassins. Un poste de relevage est nécessaire en tête de station pour compenser ce manque de dénivelé.

a. Bases de dimensionnement

La station permet de traiter les effluents de 800 EH (Equivalent Habitant). Elle permet d’obtenir une eau en sortie de traitement conforme aux niveaux de rejet suivants en temps sec Rendement DCO > 70% Rendement DBO5 >_ 80% Rendement MES > 80%

Les paramètres de pollution retenus sont déduits de manière théorique en fonction du nombre d’Equivalent-Habitants raccordés.

Caracteristiques station_d_epuration

 

2. Description des ouvrages d’épuration

a. Le dispositif d’alimentation automatique du ler étage : poste de relevage

Outre le fait de relever les eaux en tête de station, ce poste a pour fonction d’alimenter, par bâchée, le premier étage. Un niveau intermédiaire permet d’autoriser le fonctionnement automatique par temporisation réglable. Ainsi nous avons des envois moyens, de 5 m3 toutes les 60 minutes. Les trois pompes, reliées chacune à un casier, fonctionnent alternativement pour alimenter 1/3 de la surface totale du premier étage. Ce fonctionnement s’opère tant que le niveau bas est actif. Si le débit de pointe occasionne une accumulation du volume à l’intérieur du poste, le niveau déclenche, autorisant ainsi l’envoi de bâchées supplémentaires. Un niveau très haut sert de seuil d’alarme et de marche des pompes simultanément.

b. Le premier étage : filtre vertical drainé

Cet étage est constitué d’un seul bassin compartimenté en 3 casiers de surface égale, fonctionnant en parallèle. Son étanchéité est réalisée par une géomembrane en polypropylène armé, épaisseur 1,2 mm, traitée anti UV et pris entre deux géotextiles anti-poinçonnement pour éviter son érosion. Deux poutres en bois traitées "autoclave", réalisent la séparation des casiers. Leur sélection s’opère automatiquement par la mise en route des pompes respectives au niveau du poste. Une alternance hebdomadaire de chaque compartiment permet, à leur surface, d’avoir une semaine de travail pour 2 semaines de repos. L’eau est répartie sur la surface du casier en service, grâce à une répartition aérienne en 8 points, situés à -35 cm au-dessus du gravier. Les collecteurs enterrés sont en PVC pression, les points d’injection, parties aériennes, sont en inox 304 L. Les raccordements entre les tuyauteries aériennes et enterrées, s’effectuent par des collets et brides tournantes ou par raccords rapides. Ce démontage permet de faciliter l’entretien des bassins. Les supports sont en inox habillés de rondins de bois traité "autoclave". Tous les bois traités, installés dans les bassins améliorent l’aspect esthétique des bassins. L’écoulement des eaux se fait verticalement par bâchées d’environ 5 m3, obtenues par le poste de relevage.

Le bassin est comblé par 80 à 90 cm de gravier et plantés de roseaux. L’eau percole autour du gravier et est récupérée dans le fond par un drain acheminant l’eau vers une trachée drainée plantée d’osiers. D’autres drains sont installés, en milieu de bassin, pour favoriser l’entrée d’air dans les graviers. La première couche de gravier a une petite granulométrie, son rôle est de retenir le maximum de particules en suspension. Au fur et à mesure de l’utilisation, le dépôt de surface s’épaissira et permettra d’affiner la filtration en augmentant le temps de percolation de l’eau. La couche de galet, en fond, sert à drainer les eaux vers la sortie. Un dispositif de mise en charge du le` étage est installé dans le regard de drainage, lors de la plantation des roseaux. Son rôle étant de favoriser le démarrage des plants, il est démonté après leur développement, environ deux mois après leur plantation.

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Premier étage de la station d’épuration de Venthon (Photo prise en octobre 2006 - DEFIE)

c. La tranchée drainante plantée d’osiers

Cette tranchée drainante reçoit les eaux traitées du premier étage et permettra une légère finition et un affinement de l’épuration ainsi qu’une évaporation et une évapotranspiration importante en été dues à la plantation des osiers.

3. Schéma général de la station d’épuration

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Entretien de la station

1. Suivi des roseaux pendant la première année

Durant les six premiers mois après la plantation des roseaux, des plantes adventices (mauvaises herbes, graminées, saules, ...) vont essayer de se développer sur le gravillon au détriment des roseaux. Il faut par conséquent bien surveiller que ces plantes non désirées ne prennent pas le dessus sur les roseaux en les arrachant systématiquement.

2. Entretien régulier de la station

a. Le panier dégrilleur

Le panier dégrilleur doit être entretenu une à deux fois par semaine. Les refus de dégrillage sont à évacuer régulièrement. Les déchets récupérés peuvent être mis en sac et évacués avec les ordures ménagères.

b. Le poste de relevage

Il faut prévoir de faire réviser l’état des pompes des postes de relevage par un technicien spécialisé une fois par an.

c. L’alimentation des bassins du premier étage

Les trois casiers en parallèle du premier étage doivent être alimentés par alternance. La durée d’alimentation d’un de ces casiers est d’une semaine. L’inversion d’alimentation est ici automatisée par une pompe propre à chaque casier.

d. La coupe et le devenir des roseaux

A partir de la deuxième repousse, la coupe des roseaux est nécessaire. Elle doit alors être effectuée une fois par an entre fin octobre et début novembre. Cette opération peut être effectuée par des entreprises ayant pour compétence l’entretien des berges de cours d’eau ou des bords de lacs. Ces entreprises sont généralement équipées de grosses moto-faucheuses à roues basses pression qui ne risquent pas d’endommager les rhizomes des roseaux, ni de creuser d’ornières ou d’endommager les drains et l’étanchéité des fonds de bassins. En aucun cas il ne faut faire rouler d’engins non adaptés sur les bassins (tracteurs, bennes, ...)

Sur le premier étage, les canalisations de répartition des eaux sont amovibles pour faciliter le faucardage des roseaux. Les roseaux coupés doivent être évacués et peuvent être brûlés. Ils peuvent également être transformés en compost après broyage si la commune est équipée d’une plate-forme de compostage des déchets verts.

e. L’entretien des abords et des berges des bassins

Pour améliorer l’esthétique du site, il est recommandé de tondre régulièrement les abords enherbés de la station. Il faut essayer de limiter la présence de rongeurs en surveillant l’apparition de terriers. Certaines galeries risqueraient d’endommager l’étanchéité des bassins en court-circuitant une partie des eaux à traiter.

f. La tenue d’un cahier de bord

Pour un meilleur suivi du fonctionnement de la station dans le temps, il est recommandé de tenir à jour un petit cahier de bord dans lequel sont mentionnés à chaque venue de l’employé chargé de l’entretien les points suivants :

  • la nature de la visite (entretien du dégrilleur, manipulation de vannes, ...) et la durée de l’intervention
  • les relevés d’heures de fonctionnement des pompes
  • le bassin du premier étage et du deuxième étage en fonctionnement
  • les problèmes éventuels détectés (eaux stagnantes, dysfonctionnement de la chasse, odeurs, ...)
  • toute autre remarque (présence d’animaux, ...)

IV. Estimation des coûts et temps d’entretien

Estimation du temps nécessaire à l’entretien de la station :

  • L’entretien se fait facilement par une seule personne bien formée. Dans les trois premiers mois, il faut prévoir une demi-journée de présence par semaine. Les roseaux n’étant pas encore suffisamment développés, certaines mauvaises herbes doivent être arrachées. durée de l’intervention : une demi-journée par semaine les trois premiers mois si nécessaire.
  • Il faut nettoyer le panier dégrilleur toutes les semaines durée de l’intervention : un quart d’heure
  • Il est également très utile de tenir à jour un cahier dans lequel on note, à chaque visite, les points particuliers que l’on a remarqués, les bassins en cours de fonctionnement, et le total affiché sur le compteur horaire des pompes durée de l’intervention : 10 minutes
  • Il faut entretenir les abords de la station en tondant l’herbe régulièrement. durée de l’intervention : une demi-journée par mois entre avril et septembre si nécessaire
  • Il faut couper et évacuer les roseaux une fois par an durée de l’intervention : 2 jours