Le Traitement des eaux
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Lagunage

 

Le lagunage est un système de traitement des eaux qui se sert des mécanismes naturels de l’environnement où l’eau est épurée par des communautés de micro-organismes variés.

L’épuration par lagunage naturel repose sur la présence de bactéries aérobies en cultures libres et d’algues. L’oxygène nécessaire à la respiration bactérienne est produit par des végétaux en présence de rayonnement lumineux.

Principe et Fonctionnement

Les bactéries présentent dans le système consomment la pollution dissoute dans l’eau pour respirer. L’oxygène est produit grâce aux mécanismes photosynthétiques des algues qui poussent et se développent grâce aux engrais qu’apportent les eaux d’égout.
Ces eaux traversent trois bassins successifs d’environ un mètre de profondeur.
-Lors de l’arrivée dans le premier bassin où les bactéries prolifèrent, la partie organique des eaux usées va être dégradée pour produire des éléments nutritifs. Ces bactéries consomment de l’oxygène et produisent du CO2. Les particules lourdes décantent dans ce premier bassin et s’accumulent sous forme de boues au fond du bassin (à évacuer après 10ans, peut être épandu dans les terrains agricoles).
-Lors de l’arrivée dans le second bassin, les eaux usées sont en présence de sels nutritifs, de soleil et de CO2. Le phytoplancton se développe et produit ici de l’oxygène. Les bactéries pathogènes sont éliminées.
-Le zooplancton se développe dans le troisième bassin. Il se nourrit avec le phytoplancton produit dans le second bassin et de bactéries. Il consomme de l’oxygène. La clarification de l’eau peut être assurée par le développement de petits crustacés.

Lagunage

Les Réactions

La dégradation et l’oxydation des matières polluantes s’effectue grâce aux actions de l’oxygène, des algues et de la microflore :

  • eaux usées + oxygène => boues + effluent traité

La transformation aérobie se modélise comme suit :

  • acides aminés => CO2 + NH3 (ammoniac)
  • (CH2O)n + n O2=> n CO2 + n H2O
  • azote d’origine organique (N) => NH3 => NO2 (dioxyde d’azote) => NO3- (nitrate)
  • soufre d’origine organique (S) => SO42- (sulfates)
  • phosphore d’origine organique (P) => H3PO4 (acide phosphorique) => PO42-(phosphate)

Il existe deux zones dans la lagune qui détermine l’activité microbienne :
-La zone supérieure où la dégradation est facilitée (production de CO2, H2O, phosphates et sulfates).
-La zone inférieure ou la matière organique se stabilise dans la couche sous-jacente à l’action des bactéries anaérobies où elle sera dégradée en éléments simples qui remonteront dans la partie supérieure.

Cinétique et Performance

Les contraintes et domaines d’application aux collectivités et sur l’environnement se définissent comme suit :

  • Pour les collectivités de 250 à 2000 EH (équivalent habitant) maximum
  • Seulement applicable aux eaux résiduaires domestiques uniquement et faiblement concentrées (DB05 < 300mgO2/l).
  • Une nature de sol peu perméable
  • Espaces suffisants pour l’aménagement
  • Exploitations lourdes à prévoir (lors du curage par exemple)

En ce qui concerne les performances de la méthode, ici, le DB05 ne sera pas mesurable du fait de la présence d’algues lors de la mesure du paramètre (même si l’eau est filtrée).
La matière en suspension (MES) sera inférieure à 150mg/l. L’élimination de l’azote global et du phosphore seront en moyenne de 60 à 70% dépendant de l’âge de l’installation et de l’accumulation des boues. Pour les germes pathogènes, on observe que le lagunage fournit souvent une qualité bactériologique compatible à un rejet pour les eaux de baignade.

Le lagunage à macrophytes et le lagunage aéré

Pour le lagunage à macrophytes, on implante généralement des végétaux (roseaux,…) dans les bassins deux et trois. Les performances sont généralement comparables à un lagunage standard avec un opération annuelle sur les macrophytes à réaliser à la fin de chaque été par des entreprises spécialisées.
Le lagunage aéré diffère du lagunage standard par un système d’aération électromécanique installé dans le premier bassin pour faciliter le transfert de l’oxygène. Les deux autres bassins étant ici des lagunes de décantation. Les performances obtenues sont légèrement supérieures à celles d’un lagunage naturel.

Avantages et Inconvénients du lagunage

Avantages

  • Bonne élimination de la pollution bactériologique
  • Efficace sur des effluents peu concentrés
  • Bonne réactivité à des variations de charges polluantes
  • Très faible consommation énergétique
  • Bonne intégration paysagère
  • Exploitation simple

Inconvénients

  • Performances épuratrices faibles
  • Sensible aux effluents concentrés
  • Besoin en surface important
  • Entretien des berges des bassins
  • Curage tous les 10ans
  • Possibilité d’altération du traitement au cours du temps
  • Pas de maîtrise humaine du processus

Dimensionnement et Construction

On utilise le lagunage depuis 25 en France. Les observations basées sur ce retour d’expérience nous aident dans la construction des lagunes. Il est recommandé une surface de bassin de 12m² par EH.
Les bassins doivent respectivement représenter 60, 20 et 20% de la surface totale. La profondeur d’environ un mètre est nécessaire afin d’éviter la pousse des végétaux comme les macrophytes, permette une oxygénation suffisante et éviter l’eutrophie des eaux et limiter la stratification thermique.

La construction

  • Les digues doivent être assez larges pour permettre la circulation d’engins lourds (4m).
  • Un fossé de drainage des eaux de ruissellement tout autour du bassin est nécessaire.
  • On effectue un prétraitement afin de piéger les matières les plus grossières par un dégrilleur et les flottants par une cloison (immersion de 30cm) placée à l’arrivée des eaux résiduaires.
  • On équipe chaque bassin de façon à ce qu’il puisse être curé
  • Chaque bassin devra posséder une canalisation de trop-plein.
  • L’entrée et la sortie de la station devront être équipées de dispositifs adaptés pour la mesure de débits pour le calcul de rendement et le contrôle de l’étanchéité.
  • La géométrie des bassins doit être régulière afin de ne pas favoriser la présence de zones mortes à cause de formes anguleuses.
  • On orientera les derniers bassins de préférence dans le sens du vent afin d’accumuler les lentilles dans une zone du bassin pour faciliter leur extraction.

Des études préalables du sol devront être effectuées dont :

  • Un sondage du sol et de la proximité avec la nappe
  • Des mesures de perméabilité

La perméabilité du sol est un élément très important dans la conception des lagunes. Une trop grande perméabilité pourra nuire au bon fonctionnement de l’épuration et pollué la nappe sous-jacente. On fixe une perméabilité maximale d’un fond de bassin à 10-8m/s. Afin d’arriver à ce résultat on peut compacter le sol quand la situation le perme, utiliser des argiles comme la bentonite, poser une géomembrane (coût important).
La mise en service des lagunes doit se faire après un remplissage avec de l’eau claire afin de favoriser une prolifération des algues progressive et pour ne pas perturber le sol en place par la pousse massive de végétaux.

Entretien

Un système d’épuration par lagunage génère de faible contrainte d’entretien et ne nécessite en aucun cas un personnel qualifié. Les tâches à effectuer sont :

  • Fauchage et faucardage des accès, des allées et des bordures de bassins
  • Surveillance de la prolifération des plantes aquatiques
  • Entretien des installations
  • Curage des bassins tout les 10 à 15 ans environ