La décantation des boues activées peut être fortement améliorée grâce à l'injection de poudres minérales. Ces additifs sont particulièrement efficaces car, en plus de leur action de coagulation ? floculation, leur densité élevée permet un lestage des flocs. Parmi eux, on trouve les additifs issus de minerais de talcs, particulièrement intéressants pour résoudre tous les problèmes de décantation. Leurs propriétés naturelles de non abrasivité, d'inertie chimique et biologique, de respect de l'activité bactérienne et leur innocuité vis-à-vis de l'homme et du milieu naturel en font des additifs de premier choix pour les stations d'épuration. Trois exemples de résolution de problèmes de surcharge hydraulique, de surcharge organique et de foisonnement filamenteux démontrent l'efficacité de l'Aquatal®, additif minéral le plus utilisé par les exploitants de stations d'épuration en Europe et aux Etats-Unis.
Christel Balavoine et Frédéric Clauss, Luzenac Europe
La décantation des boues activées peut être fortement améliorée grâce à l'injection de poudres minérales. Ces additifs sont particulièrement efficaces car, en plus de leur action de coagulation-floculation, leur densité élevée permet un lestage des flocs. Parmi eux, on trouve les additifs issus de minerais de talc, particulièrement intéressants pour résoudre tous les problèmes de décantation. Leurs propriétés naturelles de non-abrasivité, d’inertie chimique et biologique, de respect de l’activité bactérienne et leur innocuité vis-à-vis de l'homme et du milieu naturel en font des additifs de premier choix pour les stations d’épuration. Trois exemples de résolution de problèmes de surcharge hydraulique, de surcharge organique et de foisonnement filamenteux démontrent l’efficacité de l’Aquatal®, additif minéral le plus utilisé par les exploitants de stations d’épuration en Europe et aux États-Unis.
Le fonctionnement d’une station d’épuration à boues activées est très fortement lié aux propriétés de décantation des boues. La maîtrise de la décantation est donc un enjeu majeur pour les exploitants de stations d’épuration. La dégradation de l’aptitude d’une boue à décanter est très souvent rapide et peu planifiable. Face à ce type de difficultés, souvent ressenties comme aléatoires, les exploitants utilisent des additifs. Jusqu’au début des années 90, seuls les additifs chimiques étaient disponibles. L’utilisation de sels d’aluminium ou de fer, ou de polymères permet en effet de résoudre quelques problèmes de décantation en améliorant la coagulation ou la floculation.
Ces additifs chimiques peuvent toutefois poser des problèmes de manipulation et de déshydratation des boues ainsi conditionnées : boues collantes et visqueuses qui ont tendance à fluer et à colmater les toiles des filtres-presses.
Aussi, depuis une dizaine d’années, on trouve de nouveaux additifs minéraux qui, en plus de cette action de coagulation-floculation, vont lester les flocs biologiques grâce à leur densité élevée. Leur rôle est donc de structurer et d'alourdir les flocs biologiques pour permettre d’augmenter la vitesse initiale de décantation et d’améliorer l’indice de boue et le volume corrigé (cf. graphe n°1).
Les additifs minéraux se présentent généra-
généralement sous forme de poudre et doivent répondre à un cahier des charges spécifique pour une utilisation sans souci. Ainsi, les principaux points à vérifier sont :
# Un ensemble floc — additif homogène : pour cela, l’additif doit répondre à deux critères :
™ Une adhésion forte et très rapide de l’additif sur les flocs biologiques pour éviter d’avoir des particules libres dans le système épuratoire (non fixées sur les flocs biologiques),
™ Une répartition granulométrique spécifique du produit pour éviter les phénomènes de moussage à la surface des bassins, ou de dépôt au fond des ouvrages ou dans les canalisations.
# Un respect de l'activité bactérienne : le produit doit être stable dans la boue activée et biologiquement inerte (pas de modification du pH, pas de dissolution du produit dans la boue, …) afin de ne pas détruire la faune bactérienne ou modifier son activité.
# Un respect des équipements électromécaniques tels que pompe, centrifugeuse, filtre-presse, … : le produit doit donc être peu ou pas abrasif *.
# Un respect du milieu naturel : le produit doit être totalement inoffensif pour l'homme, la faune et la flore (absence de composés organiques toxiques tels que les pesticides et les dioxines ** et de métaux lourds tels que le plomb, l’arsenic, le cadmium, le chrome 6, le mercure).
Le choix de l'additif se fera donc en fonction de son efficacité, mais également de son innocuité vis-à-vis de la station et du milieu naturel. Parmi ces additifs minéraux, le produit Aquatal® est le plus utilisé en station d’épuration biologique.
Aquatal® est une poudre minérale naturelle de la famille des talcs, mise au point et commercialisée par le groupe Luzenac. Elle répond à toutes ces exigences à la fois en termes d'efficacité et d'innocuité. En effet, le talc est le minéral naturel le plus tendre (il est classé n° 1 sur l’échelle de Mohs, le diamant est classé n° 10 et le quartz n° 7). Il est totalement insoluble et chimiquement inerte (il est même inattaquable aux acides). Sa teneur en éléments chimiques traces est très faible (< 200 ppm) et il est agréé en alimentation animale (agrément n° E560).
Les exploitants de stations d’épuration biologiques industrielles et communales en Europe et aux États-Unis utilisent Aquatal® couramment pour résoudre trois grands types de problèmes :
# Mauvaise décantabilité de la boue activée
La mauvaise aptitude des boues à décanter peut être due à plusieurs problèmes :
- présence de bactéries filamenteuses, les plus courantes étant Thiothrix, 021N, Microthrix parvicella, Nostocoidas Limicola…
- boues légères et floconneuses,
- défloculation partielle avec des petits flocs diffus.
L’additif minéral permet de floculer la biomasse et d’obtenir des agrégats structurés et denses. Les agrégats formés décantent alors facilement et les remontées du lit de boue à la surface du clarificateur sont évitées.
# Surcharge ou à-coup hydraulique
Un des problèmes majeurs des stations d’épuration sous-dimensionnées ou recevant des eaux parasites (eau de pluie ou eau de lavage) est une vitesse ascensionnelle supérieure à la vitesse admissible dans le clarificateur.
La fonction de lestage de l'additif permet, dans ce cas, d’augmenter la vitesse de décantation de la boue et donc d’accepter dans le clarificateur des vitesses ascensionnelles plus importantes.
# Surcharge ou à-coup organique
Le volume occupé par la boue dans le clarificateur est proportionnel à la concentration en boue et à son aptitude à décanter, habituellement caractérisée par l’indice de boue. Une diminution de l'indice de boue permet donc :
- soit de réduire le volume occupé par les boues,
- soit d’augmenter la concentration en boue en maintenant constant le volume occupé par les boues.
L’amélioration de l’aptitude de la boue à décanter peut être mise à profit pour augmenter la concentration et faire face à une surcharge organique sans affecter le fonctionnement du clarificateur.
Bien entendu, ceci ne sera envisageable que si la capacité d’oxygénation est suffisante par rapport à la quantité de biomasse présente dans le système épuratoire.
Parmi la centaine de stations d’épuration biologiques utilisant l’Aquatal® en France, trois exemples sont décrits ci-dessous, chacun résolvant un des problèmes cités précédemment.
Station d’épuration de la communauté de communes de Fontainebleau Avon (CCFA) : augmentation de la capacité hydraulique
Le site
La Générale des Eaux gère la station d’épuration de la communauté de communes de Fontainebleau Avon. Cette station est une station biologique de type “moyenne charge” équipée d’oxy-contact, sa capacité nominale est de 42 000 éq.hb, 2 300 kg DCO/
* L'abrasivité d'une poudre est déterminée par la perte de masse d'une toile de liton soumise pendant 2 heures au frottement d'une suspension dans un verre de cette poudre. Au-delà de 25 mg/h la poudre peut être considérée comme abrasive et donc user les équipements électromécaniques.
** La teneur en dioxines est mesurée par spectrométrie de masse haute résolution couplée à une chromatographie gazeuse haute résolution. On vérifiera que les valeurs sont inférieures à 200 pg exprimées en TEQ-PCDD/F-OMS. Il faut noter que l'Union Européenne vient en particulier d'interdire certains minéraux en alimentation animale car les teneurs en dioxines sont supérieures à 500 pg exprimées en TEQ-PCDD/F-OMS.
et 10 000 m³/j.
Les besoins
L'arrivée d'eaux parasites entraîne une dilution de l’effluent et une surcharge hydraulique que le clarificateur n’arrive pas à supporter.
En effet, la charge reçue est en moyenne de 15 000 m³/j (soit 150 % de la capacité nominale) et de 2 500 kg DCO/j.
L’exploitant souhaite donc augmenter la capacité hydraulique de la station en injectant un agent lestant et structurant respectueux de l’environnement.
La solution
Luzenac fournit l’Aquatal® et aide à sa mise en œuvre. Le dosage est compris entre 300 et 550 kg par jour en fonction de la charge hydraulique entrante pour garantir des valeurs en MES dans le rejet inférieures à 30 mg/l.
Le bénéfice
Grâce à l’injection d’Aquatal®, la capacité hydraulique de la station a augmenté de 30 % tout en garantissant un rejet conforme aux normes. Ce gain permet, par temps sec, de traiter toute la charge hydraulique entrant dans la station d’épuration.
Ces améliorations permettent à la collectivité, la communauté de communes de Fontainebleau Avon, de lever l'une des clauses rédhibitoires à l’obtention de la prime AQUEX de l’Agence de l’Eau Seine Normandie.
Station d’épuration industrielle : amélioration de la qualité du rejet
Le site
La station d’épuration traite les effluents de 2 chaînes de production, dont l’une est dédiée à la fabrication de desserts lactés. Elle fonctionne en faible charge, sa capacité nominale est de 150 000 éq.hb et 2 250 m³/j. Cette capacité permet à la station de traiter la charge entrante tout au long de l'année.
Les besoins
Lorsque l’usine est en haute production de desserts lactés, la station d’épuration subit une augmentation brutale de la charge organique qui entraîne le développement de bactéries filamenteuses (“bulking”) et une augmentation de l'indice de boue.
L'exploitant cherche un additif qui améliore rapidement l’aptitude de la boue à décanter afin de maintenir une qualité de rejet conforme aux normes malgré l’augmentation de la charge organique.
La solution
Pendant la période “difficile” qui s’étale sur quelques mois, à chaque fois que le lit de boue dans le clarificateur n'est plus maîtrisé, l’exploitant demande à Luzenac de fournir et d’injecter l’Aquatal® dans le bassin d’aération sous forme d'une suspension prête à l'emploi.
En 2001, l’exploitant a pu noter qu'une injection ponctuelle de 25 t permettait de stabiliser la station pendant trois semaines et d'éviter tout départ de matières en suspension avec le rejet.
Le bénéfice
Au moment de la pointe de production des produits laitiers, l’exploitant peut traiter toute la charge entrante et respecter les normes de rejet en vigueur.
Cette première année d’utilisation de l’Aquatal® a permis de montrer l’efficacité du produit et de déterminer les valeurs limites.
Pour les années futures, l’exploitant a mis en place une procédure permettant de déclencher les commandes d’Aquatal® de telle façon qu'il n’y ait pas de période transitoire avec une détérioration de la qualité du rejet.
La station d’épuration n’est donc plus un facteur limitant pour le site de production.
CSR-Pampryl : augmentation de la capacité épuratoire de la station
Le site
Cette station d’épuration traite les effluents issus du site de transformation des pommes
flux de pollution et le rejet reste conforme aux normes.
Le bénéfice
La capacité de la station a été multipliée par 3 : la station est dimensionnée pour traiter 2,2 t de DCO par jour et, grâce à l’ajout d’Aquatal ®, elle peut épurer les 6 t de DCO par jour reçues pendant la campagne de pressage des pommes tout en respectant les normes de rejet.
[Figure : Graphe n° 3 : Nette amélioration de la qualité du rejet après chaque injection d’Aquatal ®](fabrication de cidre, jus de pomme). Elle a été dimensionnée pour traiter 1 400 kg DBO₅/j et 850 m³/j.
Les besoins
Au moment de la campagne de pressage des pommes, soit de septembre à décembre, la charge organique est multipliée par 3 et la charge hydraulique par 4 ; la station est alors sous-dimensionnée.
L’exploitant souhaite :
- maintenir une concentration en biomasse comprise entre 7 et 8 g/l,
- augmenter la vitesse ascensionnelle dans le clarificateur.
La solution
Depuis 1998, Luzenac commence à fournir et mettre en œuvre l’Aquatal ® la semaine précédant le début de la campagne.
Lorsque les flocs sont lestés et structurés, l’exploitant peut augmenter progressivement la concentration en biomasse et la charge en entrée de station sans engendrer de départ de boue vers le milieu récepteur. La station fonctionne alors à charge massique constante malgré l’augmentation du flux de pollution.
L’apport en oxygène généré par les aérateurs de surface étant insuffisant pendant la campagne de pommes, l’exploitant dope aussi sa station en oxygène liquide.
Conclusion
Ces trois exemples illustrent l’intérêt d’utiliser un additif minéral tel que l’Aquatal ® dans les stations d’épuration rencontrant des problèmes de clarification ou de surcharge hydraulique et organique. Par ailleurs, Aquatal ® est totalement inoffensif pour le milieu récepteur. Résoudre une difficulté d’exploitation en utilisant un additif potentiellement dangereux pour le milieu naturel ne ferait que déplacer ou aggraver le problème.
Données publiées avec l’autorisation des exploitants cités.
[Figure : Graphe n° 4 : Augmentation de la charge hydraulique et organique]
