L'épuration biologique la station de la ville de Haguenau

JEUMONT-SCHNEIDER

À la suite d’un concours lancé en 1975, JEUMONT-SCHNEIDER s’est vu attribuer, au mois de juillet 1976, la réalisation de l’extension de la station d’épuration de la ville de Haguenau.

Les travaux ont été réalisés sous le contrôle du Bureau d’Études Réuni de l’Est (B.E.R.E.S.T.).

Les travaux de génie civil ont été effectués par une entreprise locale, l’entreprise SOTRAVEST.

En premier stade, l’extension de la station d’épuration permet d’assurer le traitement des effluents de 43 000 habitants environ ; elle est cependant conçue pour pouvoir traiter ultérieurement les effluents de 55 000 habitants.

La station reçoit quelques effluents en provenance d’une laiterie et d’un abattoir.

L’ancienne station a été conçue pour traiter un débit de 250 m³/h au maximum et est alimentée à partir du pré-traitement de la nouvelle.

La station fonctionne sur le principe de l’épuration biologique par boues activées.

L’ÉPURATION BIOLOGIQUE.

Le traitement biologique relève d’un processus naturel qui se manifeste, en particulier, dans le phénomène d’auto-épuration des cours d’eau. Dans les rivières, les fleuves et les lacs, certains micro-organismes absorbent une partie de la pollution et plus particulièrement celle que constituent les matières oxydables dites biodégradables.

La dégradation de ces matières est donc étroitement liée à la vie de micro-organismes qui s’en servent comme nourriture suivant un métabolisme assez complexe dont la description dépasserait le cadre du présent article.

Le traitement biologique mis en œuvre dans les stations d’épuration ne fait que répéter, dans des retenues artificielles, le phénomène naturel évoqué ci-dessus.

GLOSSAIRE

Demande biologique en oxygène (DBO)

C’est la quantité d’oxygène exprimée en mg/l et consommée dans les conditions de l’essai (incubation à 20 °C et à l’obscurité) pendant un temps donné, pour assurer, par voie biologique, l’oxydation des matières organiques biodégradables présentes dans l’effluent.

Ce phénomène dure longtemps (près d’un mois) et, pour des raisons de facilité, on choisit l’indice de pollution correspondant à la quantité d’oxygène consommée en 5 jours ; c’est la DBO5.

Demande chimique en oxygène (DCO).

C'est la quantité d’oxygène exprimée en mg/l qu’il faut apporter par une attaque chimique puissante, dans des conditions bien déterminées, à un litre d’eau, pour détruire la totalité des matières oxydables.

Matières en suspension (MES)

Elles peuvent être décantables (les plus denses et les plus grosses) ou non décantables (fines et colloïdales) ; une partie est oxydable, l’autre non.

Charge polluante d’une station.

C’est la quantité de pollution exprimée en kg de DBO qu’elle peut traiter en une journée. C’est l’un des paramètres de dimensionnement avec le débit d’entrée sur la station.

Réacteur.

C’est le ou les ouvrages dans lesquels s’opère le traitement des eaux et des boues.

Charge volumique.

C’est la quantité de pollution ramenée au volume du réacteur.

Charge massique.

C’est la quantité de pollution ramenée à la quantité de matières en suspension contenues dans le réacteur.

Ouvrages de prétraitements.

Placés en amont des réacteurs, ils éliminent des matières encombrantes (dégrillage) ou des particules denses et de petites dimensions, ou bien plus légères que l’eau (dessablage, déshuilage), qui ne participent pas au traitement principal ; par voie de conséquence, ils protègent l’écoulement hydraulique.

Le dégrillage.

Permet d’éliminer les déchets volumineux grâce à une grille fine à nettoyage automatique ; une grille manuelle de secours est toujours prévue en cas d’arrêt de l’automatisme. Pour certaines industries, telles que les abattoirs, des filtres séparateurs très fins type « Tamis » sont utilisés.

Air-lift.

C’est une injection d’air au pied d’un tronçon vertical d’une canalisation, provoquant une émulsion de densité inférieure à celle du fluide véhiculé, permettant ainsi d’obtenir des hauteurs manométriques de refoulement de l’ordre de 50 à 60 cm.

Le dessablage.

Il peut s’effectuer dans des ouvrages statiques ou bien aérés ; il permet la décantation des matières denses et de petites dimensions ; celles-ci sont éventuellement aspirées par des air-lifts et ensuite extraites, automatiquement ou non.

Le déshuilage.

Les huiles et graisses nuisent au bon fonctionnement de la station et doivent être éliminées au maximum. Grâce à une insufflation d’air, les graisses s’agglomèrent, flottent et sont ensuite évacuées par raclage.

Processus

L’épuration biologique met en œuvre deux procédés : l’aérobiose et l’anaérobiose.

L’épuration aérobie fait appel à l’oxygène de l’air, tandis que l’épuration anaérobie fait appel à la fermentation méthanique dans des digesteurs, chauffés ou non. Pour des effluents de concentration moyenne (environ 400 mg/l de DBO) l’épuration biologique par boues activées est l’un des procédés les plus couramment utilisés.

Ce procédé consiste à provoquer la croissance et le maintien en activité d’un floc bactérien ou biomasse dans un réacteur qu’alimente l’effluent prétraité.

Une bactérie épuratrice aérobie a besoin, pour vivre, comme tout être vivant, de nourriture et d’air pour sa respiration.

L’effluent est donc brassé de façon à maintenir les boues activées en suspension homogène et il est oxygéné afin d’oxyder par respiration la nourriture constituée par les matières organiques polluantes. Les boues activées sont ensuite envoyées dans un clarificateur qui a pour mission de séparer l’eau traitée des boues ; celles-ci sont en partie recyclées vers le réacteur afin d’y maintenir constante la concentration des matières en suspension, et, en partie, extraites et dirigées vers un épaississeur avant d’être acheminées vers la déshydratation.

Les filtres bactériens constituent également un procédé d’épuration biologique intéressant.

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DE LA STATION DE HAGUENAU.

Le débit moyen sur la station est de 12 900 m³/j, soit 538 m³/h ; le débit maximum admis sur le prétraitement étant de 1 974 m³/h et sur le traitement biologique de 1 109 m³/h (fig. 1 et fig. 5, schéma d’ensemble).

La DBO entrante est de 3 400 kg/j, à raison de 264 mg/l, et les matières en suspension de 3 930 kg/j.

Dégrillage des eaux brutes

Les eaux brutes sont, dès leur arrivée, débarrassées de leurs éléments les plus gros par passage sur :

• — une prégrille manuelle de 1 500 mm de large et à barreaux espacés de 50 mm ;
• — deux grilles à nettoyage automatique de 1 500 mm de largeur et à barreaux espacés de 15 mm (l’une fonctionnant en secours de l’autre).

Relevement des eaux brutes

Le poste de relevement est équipé de trois groupes électropompes débitant 987 m³/h chacune, l’un des groupes étant prévu en secours. La marche de ces groupes est commandée par des régulateurs de niveaux.

Prétraitement

Après dégrillage et relevement, les eaux usées sont admises au dessableur-déshuileur, ouvrage de 197 m³ de capacité (2 × 5,8 × 5,8 × 3,5) dans lequel le mélange est émulsionné par injection d’air (fig. 2).

Les sables déposés au fond de l’ouvrage sont aspirés par deux air-lifts avant d’être extraits et égouttés automatiquement par vis d’Archimède (fig. 3) puis déversés sur tapis transporteur.

Les graisses sont admises dans une zone de tranquillisation, au sein de l’ouvrage, à travers une grille à passage préférentiel et sont, après épaississement, renvoyées en tête de dégrillage.

Décantation primaire

Il a été prévu un ouvrage de décantation primaire pour permettre l’élimination d’une partie importante de la pollution sans grande consommation d’énergie, ce qui pour une station de cette importance est très intéressant.

Les eaux sortant du prétraitement sont acheminées vers le cylindre central de l’ouvrage (fig. 4).

Caractéristiques de l’ouvrage

L’ouvrage est équipé d’un pont racleur à entraînement périphérique comportant :

• — 1 racleur de fond qui collecte les boues déposées sur le radier vers le puits central d’où elles sont extraites gravitairement vers l’épaississeur de boues ; cette extraction est asservie à la concentration en boues dans la tuyauterie.
• — 1 racleur de surface destiné à éliminer les matières flottantes ; celles-ci sont recyclées automatiquement vers le prétraitement grâce à l’ouverture d’une vanne.

Les eaux décantées se déversent dans une goulotte périphérique réalisée en acier inoxydable.

A la sortie du décanteur, un ouvrage de répartition dirige le débit excédant 983 m³/h vers le rejet.

Épuration biologique par boues activées

Étant donné les normes pour l'effluent de sortie et la taille de la station, il a été choisi d’admettre une moyenne charge sur le réacteur, ce qui permet, tout en assurant à l'effluent ses caractéristiques de sortie, d’avoir un bassin d’activation de taille raisonnable (fig. 6).

L'aération s'effectue dans un bassin ayant les dimensions et les caractéristiques suivantes :

— surface : 381,00 m²  
— hauteur d'eau : 4,35 m  
— volume : 1 657,00 m³  
— temps de séjour : supér. à 3 h au débit moyen  
— charge volumique : 1,185 kg de « DBO » entrante/m³ de bassin d’aération/jour  
— charge massique : 0,40 kg de « DBO » entrante/kg de matières volatiles  
— concentration : 4,3 g/l de matières totales en suspension  
— DBO entrante : 1 965 kg/j.

L'oxygène est fourni par deux turbines absorbant chacune 37 kW et entraînées par des moteurs à courant continu. À ces moteurs sont associés deux équipements Jistrol destinés à faire varier la vitesse.

Une sonde de mesure de l'oxygène est immergée dans le bassin, de façon à maintenir la concentration en oxygène autour de 2 à 3 mg/l.

Ainsi, la marche des turbines est asservie à la concentration en oxygène dans le bassin.

En effet, la caractéristique naturelle d'une turbine entraînée à vitesse fixe est telle que la quantité d’oxygène insufflée dans l'effluent est d’autant plus élevée que la vitesse de rotation est importante.

Dans ces conditions, pour maintenir une oxygénation normale et diminuer la consommation d’énergie, on asservit la vitesse de rotation de la turbine à l'apport d'oxygène nécessaire au bon fonctionnement de la station d’épuration.

Clarification

Les boues activées sont ensuite dirigées vers le décanteur secondaire ou clarificateur afin de séparer les boues des eaux claires (fig. 7).

Caractéristiques de l'ouvrage

— diamètre 29,00 m  
— hauteur d'eau 2,25 m  
— surface 660,00 m²  
— volume 1485,00 m³

Le pont équipant cet ouvrage est du type à succion, ce qui permet un retour rapide des boues et évite des temps de séjour trop importants dans le bassin.

Les flottants sont évacués automatiquement grâce à une vanne à ouverture commandée par le passage du bras et sont recyclés en tête de station.

Les eaux claires sont reprises dans une goulotte périphérique réalisée en acier inoxydable.

La concentration des boues en sortie est de l'ordre de 1 %.

Les installations à ciel ouvert subissant toutes les intempéries climatiques, les deux chemins de roulement sont chauffés par la technique du plancher chauffant électrique CALENDAL.

Le CALENDAL est un système de chauffage par rayonnement à basse température émis par une surface : l’originalité du procédé consiste à utiliser un fil massif en aluminium pur isolé en PVC comme élément chauffant, noyé dans la dalle ; ce fil est alimenté en très basse tension (inférieure à 48 V) et forte intensité par l'intermédiaire d’un transformateur de sécurité sec avec bobinage en bande aluminium.

Recirculation des boues secondaires

Elle s'effectue grâce à trois pompes installées en fosse sèche et débitant 245 m³/h chacune, l'une d'entre elles étant prévue en secours.

Le recyclage de ces boues en tête d'activation est asservi à la concentration des boues dans le bassin d'aération.

Par ailleurs, les boues en excès peuvent être évacuées vers l'épaississeur. Dans la réalité, et ceci pour un meilleur fonctionnement de la presse, elles sont renvoyées vers l’entrée du décanteur afin d’être mélangées aux boues primaires.

Les boues sont également de temps à autre renvoyées vers le digesteur de l’ancienne station lorsqu'il y a besoin de gaz ; la production ainsi obtenue est de 600 m³/j qui servent à chauffer la station.

L'évacuation des boues se fait grâce à deux pompes débitant 30 m³/h chacune. La marche de ces pompes est asservie à un détecteur de voile de boues installé dans le décanteur secondaire.

Traitement des boues

a) Épaississeur de boues.

Les boues primaires d'une part, les boues secondaires en excès d’autre part, sont acheminées vers un épaississeur (fig. 8).

Caractéristiques de l'ouvrage

— diamètre 10,00 m  
— hauteur d'eau 3,20 m  
— volume 250,00 m³

La concentration de boues obtenue en sortie est de l'ordre de 5 %, le temps de séjour de 4/5 jours.

Cet ouvrage est équipé d'une herse diamétrale à entraînement central.

Les eaux sont récupérées en surface par une goulotte réalisée en acier inoxydable et sont renvoyées en tête de station.

b) Filtration

Les boues épaissies reprises par pompes volumétriques sont refoulées vers le bâtiment de filtration qui comporte deux postes distincts :

• — le conditionnement physico-chimique des boues,
• — la filtration proprement dite.

Le conditionnement comprend :

• — un dosage de chaux vive à raison de 150 kg par tonne de MES avec un silo à chaux de 75 m³ et deux pompes de reprise du lait de chaux,
[Photo : Préparation de la chaux. Silo à chaux.]
• — un dosage de sulfate ferreux à raison de 400 kg par tonne de MES avec une cuve de prédilution de 100 m³ de capacité et deux pompes de transfert en direction d'une bâche alimentaire d’environ 4 m³ ainsi que deux pompes doseuses pour le produit dilué,
• — un bassin de conditionnement de 15 m³ pour l'homogénéisation des boues, de la chaux et du sulfate ferreux.

Le principe de filtration consiste en une filtration sous presse par filtres à plateaux. Le filtre a les caractéristiques suivantes :

• — surface de filtration : 154 m²
• — volume du gâteau : 2 100 l
• — nombre de plateaux : 70
• — siccité garantie : 45 %

Sous le filtre-presse, il est installé un convoyeur à bandes permettant d’alimenter directement une benne MARREL d'un volume de 10 m³.

Équipements annexes

La station comporte, en outre :

• — l'armoire électrique générale comportant les appareils indicateurs enregistreurs de contrôle ; de plus, un tableau synoptique lumineux (fig. 11) permet à tout moment de suivre le fonctionnement de la station,
• — l'armoire électrique du poste de filtration,
• — deux surpresseurs d’air débitant 980 m³/h chacun et tournant à 3 000 tr/min,
• — une mesure de débit par sonde ultrasonique avec totalisateur et enregistreur.

CONCLUSION.

Les eaux épurées sont rejetées vers la rivière Moder avec des caractéristiques conformes aux prescriptions du Conseil Supérieur d'Hygiène ; en effet, les normes exigées sont celles du niveau IV, c'est-à-dire, essentiellement, une concentration en DBO et en MES inférieure à 30 mg/l en moyenne sur 24 heures. La station contribue ainsi notablement à l'assainissement de la Moder et à la protection de l'environnement.