Performances des filières de traitement adaptées aux

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environnement
Observatoire l’eau
de
Performance des filières
de traitement adaptées
aux petites collectivités
en Seine-et-Marne
2011
www.seine-et-marne.fr
Table des matières
Préface ...........................................................................................................................................................1
Synthèse ........................................................................................................................................................2
I.
Notions de base.....................................................................................................................................6
A. Le cadre règlementaire ......................................................................................................................6
B. Le contexte seine-et-marnais ............................................................................................................7
C. Les différents procédés de traitement des eaux usées pour les petites collectivités.......................8
1)
Qu’appelle-t-on procédé rustique ? ............................................................................................8
2)
Les filières existantes...................................................................................................................8
3)
Domaine d’application ..............................................................................................................10
II.
Expertise technique et financière des dispositifs rustiques ..............................................................12
A. Le parc des stations d’épuration de capacité inférieure à 2 000 EH. ..............................................12
B. Le traitement des eaux ....................................................................................................................14
1)
Les performances théoriques ....................................................................................................14
2)
Les performances mesurées en Seine-et-Marne ......................................................................15
C. Le traitement des boues ..................................................................................................................17
D. Performances énergétiques ............................................................................................................19
E. Capacité vis-à-vis des surcharges hydrauliques ..............................................................................20
F. Les enjeux financiers........................................................................................................................21
1)
Coûts d’investissement .............................................................................................................21
2)
Coût d’exploitation hors amortissement ..................................................................................21
3)
Coût du foncier ..........................................................................................................................22
4)
Comparaison du coût d’investissement et des coûts d’exploitation ........................................23
III. Etudes de cas en Seine-et-Marne .......................................................................................................24
A. Filtres à sable plantés et zone tampon boisée à Bouleurs ..............................................................24
1)
Présentation et objectif .............................................................................................................24
2)
Caractéristiques du système d’assainissement .........................................................................24
3)
Mesure de charge......................................................................................................................24
4)
Fonctionnement de la zone tampon boisée .............................................................................24
5)
Préconisations ...........................................................................................................................24
B. Filtres plantés superposés de type Ecofiltre à Beautheil ................................................................25
1)
Présentation ..............................................................................................................................25
2)
Caractéristiques principales ......................................................................................................25
3)
Résultats de la mesure d’efficacité ...........................................................................................25
C. Lagunage et filtres plantés verticaux à Pézarches ...........................................................................26
1)
Présentation et objectifs ...........................................................................................................26
2)
3)
Mesure de charge......................................................................................................................26
4)
Fonctionnement du traitement de finition ...............................................................................26
5)
Préconisations ...........................................................................................................................26
D. Filtres plantés vertical puis horizontal à Brie-Comte-Robert ..........................................................27
1)
Présentation et objectifs ...........................................................................................................27
2)
Performance des filières de traitement adaptées aux petites collectivités (données 2010)
3)
Qualité des eaux traitées...........................................................................................................27
IV. Guide méthodologique pour la mise en œuvre des filières rustiques ..............................................28
A. Les étapes de mise en œuvre d’un projet d’assainissement ..........................................................28
B. Les critères d’aides à la décision pour le choix des filières .............................................................30
Annexes .......................................................................................................................................................32
A. Etude de la STEP de type filtres à sable plantés et zone tampon boisée de Bouleurs .......................32
B. Etude de la STEP de type écofiltre de Beautheil .................................................................................36
C. Etude de la STEP de type mixte lagunage et filtres plantés de Pézarches ..........................................39
D. Préconisations sur les lits plantés de roseaux utilisés pour le traitement des boues ........................43
E. Glossaire...............................................................................................................................................45
E. Fiches techniques sur les filières d’assainissement collectif en Seine-et-Marne................................48
Observatoire de l’Eau en Seine-et-Marne | 2011
Préface
Cette étude sur les filières de traitement adaptées aux petites collectivités est un document d’appui
technique pour les projets d’installations de petites et moyennes tailles, dont la capacité de traitement
est comprise entre 100 et 2 000 Equivalents Habitants ( EH).
Elle fait le point sur les différents procédés considérés comme rustiques, pour cette gamme de capacité,
par rapport à la qualité de traitement attendu et obtenu, en tenant compte des coûts d’investissement
et d’exploitation.
Elle s’inscrit dans la perspective des réglementations existantes, notamment la Directive Européenne du
21 mai 1991, qui impose aux Etats membres de s’assurer que les agglomérations soient équipées par un
système de collecte des eaux usées urbaines résiduaires et d’un traitement approprié avant rejet au
milieu naturel. Ce contexte est repris au niveau local, dans le cadre du Plan Départemental de l’Eau, qui
fixe les objectifs à atteindre vis-à-vis du milieu naturel et des masses d’eau.
Ce document complète l’étude du Fonctionnement des systèmes d’assainissement collectif en Seine-etMarne, qui met notamment en évidence qu’environ un dispositif de 500 EH à 2 000 EH sur deux a plus
de 30 ans, et présente souvent un fonctionnement jugé passable, mauvais ou très mauvais, leurs
impacts pouvant s’avérer importants en cas de faibles écoulements dans le milieu naturel.
Ce rapport a pour objectif d’évaluer l’efficacité des dispositifs existants, en précisant leurs coûts
d’investissement et d’exploitation. A cette occasion, il sera présenté quelques cas de procédés
innovants.
Quoiqu’il en soit, les techniques d’épuration proposées aux petites communes rurales (100 à 2 000 EH)
doivent être à la fois rustiques et performantes. Les techniques utilisées sont, par exemple, les filtres à
sable ou à graviers plantés ou non de végétaux, ou encore les systèmes mixtes panachant différentes
techniques : filtres plantés de végétaux mélangés à d’autres technologies (lagunage naturel et/ou
procédés de type zone de rejet végétalisée).
1
Synthèse
La directive 2000/60/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 octobre 2000 établissant un cadre
pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau, dite Directive Cadre sur l’Eau (DCE), fixe
deux objectifs pour les eaux de surface, à l'échéance 2015 : atteindre un bon état écologique et un bon
état chimique. Afin de satisfaire aux objectifs environnementaux de la DCE, il convient de continuer à
réduire les apports ponctuels et diffus résultant du rejet des eaux usées.
Le Département dispose du Service d’Animation Technique pour l’Epuration et le Suivi des Eaux
(SATESE) intégré à la Direction de l’Eau et de l’Environnement, et dont les missions concernent
notamment la collecte et la valorisation des données de l’assainissement en Seine-et-Marne. C’est dans
ce cadre, que ce service a élaboré cette étude sur les dispositifs de traitement des eaux usées des
petites collectivités.
Chiffres clés
La Seine-et-Marne compte 285 stations d’épuration
communales dont 203 de capacité inférieure à
2 000 EH. Ces stations de taille modeste
représentent 10 % de la capacité de
traitement mais 70 % du nombre
d’installations. Le parc de stations
d’épuration
est
globalement
vieillissant : 50 % d’entre elles ont plus
de 30 ans, âge qui correspond à la
durée d’amortissement habituelle de
ce type d’ouvrage. Ce phénomène est
encore plus marqué pour les stations
de moins de 2 000 EH.
Les stations de types boues activées sont les plus
nombreuses dans le département, mais aussi les
plus anciennes et donc celles qu’il faudra renouveler en priorité :
o 43 stations ont plus de 40 ans
o 60 stations ont entre 30 et 40 ans.
Les procédés de traitement existants
Les dispositifs disponibles pour traiter les eaux usées sont les suivants : boues activées, disques
biologiques, filtres à sable plantés ou non, lagunage naturel ou aéré et les solutions mixtes avec deux
étages composés de filières différentes et enfin un dispositif de traitement complémentaire de type
zone de rejet végétalisé complète le panel.
Leur fonctionnement
Les systèmes boues activées sont, pour la plupart des paramètres, plus performants que les autres
filières.
Les filtres à sable plantés de roseaux ont d’excellents rendements pour la plupart des paramètres sauf
pour l’azote global. Les installations à filtres plantés verticaux ne peuvent rivaliser avec le procédé par
boues activées pour l’azote global et le phosphore. C’est pourquoi, dans le cas où le niveau de rejet
impose un traitement poussé sur ces deux derniers paramètres, il est nécessaire d’associer aux filtres
2
plantés un traitement complémentaire de type zone de rejet végétalisée dans l’objectif de réduire les
rejets au milieu naturel superficiel.
Les performances des lagunages et des lagunages aérés (analyses sur eaux brutes) sont les moins
efficaces, mais la réglementation pour ces dispositifs est moins contraignante.
Les disques biologiques présentent des qualités et des performances qui devraient leur permettre d’être
mieux représentés sur le marché si le problème de la gestion des boues primaires et biologiques n’était
pas aussi prégnant.
Les filtres à sable sont mentionnés à titre indicatif. En effet cette filière, suite à plusieurs contentieux liés
à des colmatages en surface, a peu à peu été abandonnée au profit des filtres à sable plantés de roseaux
qui ne présentent pas ce type de dysfonctionnement.
Le traitement des boues
Le traitement de l’eau par tous les dispositifs décrits produit une boue résiduelle. Suivant la filière de
traitement, la consistance, la quantité, la fréquence d’évacuation et la destination de cette boue est
sensiblement différente. Cela se traduit par un coût d’évacuation pouvant varier, en 2011, entre 10 et
130 € le m3 évacué, ce qui influe sur le coût d’exploitation de ces dispositifs.
La consommation électrique
Les stations d’épuration de type boues activées disposent de nombreux équipements
électromécaniques dont le fonctionnement entraine une consommation d’électricité par quantité de
pollution éliminée qui décroit avec la taille du dispositif. Les stations d’épuration rustiques ont une
consommation d’électricité faible en rapport avec les procédés épuratoires utilisés (filtres plantés de
roseaux, lagunages naturels…). Les dispositifs couplant des procédés naturels à des équipements
électromécaniques (lagunage aéré) sont en revanche très gourmands en énergie.
Les études de cas sur des dispositifs spécifiques
Quatre installations innovantes en Seine-et-Marne ont été étudiées.
o Une filière d’épuration de type filtres à sable plantés de roseaux, associée à une zone tampon
végétalisée qui permet, en période estivale, de limiter le débit du rejet dans un ru de petite
taille.
o Un procédé épuratoire de type bi-filtre planté de roseaux. Ce filtre vertical présente la
particularité d’être constitué de deux niveaux filtrants superposés, à base de Mayennite et
d’être économe en espace.
o Un traitement mixte associant des lagunes naturelles préexistantes qui ont été complétées
par des filtres à sable plantés à écoulement vertical, afin d’améliorer le traitement des
matières azotées et la rétention des particules.
o Une filière d’épuration de type filtres à sable plantés de roseaux à trois étages (vertical,
horizontal, vertical) permettant d’assurer un traitement optimisé des matières azotées.
3
Les enjeux financiers
Les coûts d’investissement et
d’exploitation de chaque filière
ont été estimés et mis en
perspective pour une durée de
vie de 30 ans et pour un
ouvrage de 1 000 EH. Le coût
d’exploitation sur 30 ans (hors
amortissement des ouvrages en
génie civil et en terrassement)
varie de 46 à 100 % du coût
d’investissement.
Les étapes de la mise en œuvre
d’un projet
On peut distinguer les phases suivantes :
o Choix d’un assistant à maitrise d’ouvrage, partenaire de la collectivité qui a pour missions
principales :
La définition du projet
La constitution du dossier « Loi sur l’eau », définissant le niveau des rejets
L’étude technico-économique sur les filières de traitement et d’élimination des boues
o Achat du terrain d’implantation, élément fondamental
o Choix d’un Maitre d’œuvre qui assure la conception et le suivi des travaux
o Réalisation des études complémentaires (topographie, géotechnique, etc…)
o Choix du constructeur de la station d’épuration
o Réception de l’installation
Les avantages et inconvénients des différentes filières
(Voir page suivante)
4
Lagunage naturel
- Filière compact
- Gestion plus simple par rapport à
un bassin d'aération
- Peu de consommation électrique
- Association possible avec les filtres
plantés de roseaux
- Bonne intégration paysagère
- Exploitation aisée
- Association possible à une filière de
type filtres plantés de roseaux
- Possibilité d'augmenter la capacité
(batterie de disques)
- Obligation d'un prétraitement par dégrillage fin des eaux usées avant
passage dans l'unité biologique
- Régulation hydraulique à prévoir pour éviter toute surcharge
- Procédé de traitement "mécanisé" nécessitant une maintenance
- Traitement incomplet de l'azote et du phosphore
- Faible consommation électrique
- Bonnes performances épuratoires
- Risques de colmatage important
- Nécessité d'un traitement primaire
- Sensibles aux surcharges hydrauliques
- Surface importante associée à un choix de sable déterminé avec
précaution
- Temps d'exploitation plus conséquent (ratissage)
- Traitement partiel de l'azote et du phosphore
- Odeurs
- Technicité d'exploitation plus facile
- Coût d'investissement moindre
compte tenu de la rusticité des
ouvrages
- Bonne performances épuratoires
notamment sur les matières
particulaires, organiques et azotées
- Moins sensibles aux à-coups
hydrauliques
- Demande beaucoup de précautions à la mise en œuvre
- Entretien au début de la mise en service notamment désherbage manuel
des filtres lors du démarrage
- Pas de traitement de l'azote global pour les filtres verticaux (mais des
progrès récents) et partiel du phosphore
- Résiduel en métaux lourds plus important que pour une Boue Activée lié
à la minéralisation
- Présence de déchets de plastique dans la boue en absence de dégrillage
efficace
- Prévoir une zone déboisée suffisante autour des filtres
- Performances épuratoires
poussées notamment
nitrification/dénitrification
- Technologie bien maîtrisée
- Filière compacte
- Progrès dans l'intégration
paysagère
- Consommation électrique élevée
- Coût d'investissement et d'exploitation élevé
- Exploitation technique plus délicate
- Risques de dysfonctionnements importants (panne matériel, gel,
pollution,…)
- Sensibilité aux à-coups hydrauliques
- Odeurs
Boues activées
Aération prolongée
Lagunage aéré
- Forte consommation électrique
- Performances épuratoires réduites sur l'azote et le phosphore
- Pérennité de l'étanchéité des bâches des lagunes
- Développement de micro-algues et concentration élevé en DCO et MES
- Acceptation des variations de
charges organiques et hydrauliques
- Moins de surface que la lagune
naturel
Lit bactérien
- Curage des boues stockées dans la lagune coûteux
- Performances limitées sur l'azote et le phosphore
- Entretien des abords contraignant
- Développement de micro-algues et concentration élevée en DCO et MES
- Résiduel en métaux lourds plus important que pour une boue activée lié
- Consommation électrique faible
- Adaptation à un réseau unitaire
recevant beaucoup d'eaux claires
parasites
- Moins de rejet en période d'étiage
associé à une régularité des débits
rejetés
Disques
biologiques
Inconvénients
Filtres à sable
Avantages
Filtres plantés de roseaux
Filière
- Sensibilité aux surcharges hydrauliques
- Risques de colmatage du massif filtrant
- Hauteur importante pénalisant l'intégration paysagère
- Traitement incomplet de l'azote et pas de traitement du phosphore
5
I. Notions de base
A. Le cadre règlementaire
En raison de sa complexité, le thème de l’eau fait l’objet d’une réglementation abondante. C’est
pourquoi seuls les principaux textes concernant directement l’assainissement sont cités :
o La Directive relative aux eaux résiduaires urbaines (DERU) du 21 mai 1991 prescrit la
généralisation sur le territoire de l’Union Européenne du traitement des eaux usées urbaines,
avant rejet dans le milieu naturel. Elle impose des niveaux de traitement minimum et fixe des
échéances de mise en conformité des systèmes d’assainissement collectif en fonction de la
taille de l’agglomération et de la sensibilité du milieu récepteur. A l’origine de la politique
française d’assainissement, cette directive a été transposée en droit français dans la loi sur
l’eau du 3 janvier 1992 et dans le décret du 3 juin 1994. Par ailleurs, l’article 7 de la directive
du 21 mai 1991 précise que « les Etats Membres veillent à ce que, au plus tard le 31
décembre 2005, les eaux urbaines résiduaires qui pénètrent dans les systèmes de collecte
fassent l'objet, avant d'être déversées, d'un traitement approprié en cas de rejet, dans les
eaux douces et les estuaires, provenant d'agglomérations de moins de 2 000 EH.
o La Loi sur l'eau du 3 janvier 1992 transposant la directive ERU dans le droit Français précisait
déjà que les petites communes rurales ont l'obligation d'assurer le traitement en station
d'épuration des effluents collectés par les réseaux existants. Les habitations non raccordées
doivent être, elles, équipées de dispositifs d'assainissement non collectif.
o La Directive Cadre Européenne sur l’Eau (DCE) du 23 octobre 2000 engage chaque Etatmembre de l’union Européenne à parvenir à un « bon état écologique des eaux » en 2015.
Son outil d’évaluation est le découpage territorial en masses d’eau, auxquelles s’attachent
des objectifs de qualité en fonction de leurs spécificités et des pressions qu’elles subissent. La
DCE a été transposée en droit français par la loi du 21 avril 2004.
o La Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques du 30 décembre 2006 (LEMA) s’inscrit dans
l’objectif communautaire d’atteinte de bon état écologique des eaux en 2015. La loi s’attache
à la reconquête de la qualité des eaux et à donner aux collectivités les moyens d’adapter les
services publics d’eau potable et d’assainissement à cet enjeu. La loi étend notamment les
compétences des communes en matière de contrôle et de réhabilitation des dispositifs
d’assainissement non collectif ou de raccordements aux réseaux.
o L’Arrêté du 22 juin 2007 relatif à la collecte, au transport et au traitement des eaux usées fixe
les prescriptions techniques minimales.
o S’inscrivant dans le prolongement de la loi de programmation relative à la mise en œuvre du
Grenelle de l’environnement (Grenelle 1), qui a déterminé les objectifs de l’État dans le
domaine de l’environnement, la loi portant engagement national pour l’environnement
(Grenelle 2) traduit en obligations, interdictions ou permissions les principes précédemment
affirmés. En particulier, l’article 156 de la loi modifie le Code général des collectivités
territoriales pour l’assainissement des eaux usées et, les mesures qui doivent être prises pour
assurer la maîtrise de l’écoulement des eaux pluviales ou des pollutions apportées au milieu
par le rejet des eaux pluviales.
o Le Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux du bassin hydrographique
Seine-Normandie (SDAGE), institué par la loi sur l’eau de 1992, est un instrument de
planification qui fixe pour chaque bassin hydrographique les orientations fondamentales
d’une gestion équilibrée de la ressource en eau dans l’intérêt général et dans le respect des
principes de la directive-cadre sur l’eau et de la loi sur l’eau, des objectifs environnementaux
6
pour chaque masse d’eau (plans d’eau, tronçons de cours d’eau, estuaires, eaux côtières,
eaux souterraines).
Le Schéma Départemental d’Assainissement de Seine-et-Marne (SDASS) est un outil d’aide à
la décision, non réglementaire, pour identifier, hiérarchiser et programmer les actions
prioritaires à mettre en œuvre pour atteindre le bon état vis-à-vis des paramètres liés à
l’assainissement.
o Par ailleurs, il peut y avoir des contraintes réglementaires locales fixées par les Arrêtés
préfectoraux d’autorisation de rejet. Ces autorisations de rejet peuvent être plus sévères
localement que les exigences de la directive en ce qui concerne, notamment, l’azote et/ou le
phosphore et/ou la qualité microbiologique.
B. Le contexte seine-et-marnais
La Seine-et-Marne compte 287 stations d’épuration communales dont 203 de capacité inférieure à
2 000 EH.
Le parc de stations est globalement vieillissant :
50 % d’entre elles ont plus de 30 ans, âge qui
correspond à la durée d’amortissement
habituelle de ce type d’ouvrage. Ce phénomène
est encore plus marqué pour les stations de
moins de 2 000 EH et en particulier pour la
gamme de 500 à 1 000 EH (60 %).
Ceci est dû au fait que les bourgs des petites
communes ont été très tôt équipés en
assainissement collectif, en construisant à
l’extrémité d’un réseau d’assainissement
existant et le plus souvent unitaire, une station
d’épuration, très majoritairement de type
« boues activées ».
Ces petites unités, qui conservent fréquemment une marge de capacité de traitement de la pollution
organique, ont été proportionnellement moins renouvelées que celles de plus de 2000 EH, qui ont dû se
mettre en conformité avec la règlementation, notamment au cours des dernières années.
Elles connaissent cependant des dysfonctionnements, qui se traduisent le plus souvent par des pertes
de boues chroniques ce qui impacte la qualité des milieux récepteurs.
Au cours des années 1990 à 2008, les collectivités ont lancé des études de schéma directeur
d’assainissement (SDA) basées sur un diagnostic de l’existant et visant à établir un programme de
travaux d’amélioration de leurs systèmes d’assainissement et à définir les zonages d’assainissement et
pluviaux réglementaires. Ainsi ces SDA ont pu conduire les collectivités à prévoir la reconstruction de
stations défaillantes ou ne répondant plus aux besoins vis-à-vis de la protection du milieu naturel, et la
construction de nouvelles stations d’épuration pour des bourgs ou des écarts zonés en assainissement
collectif et qui n’étaient pas équipés.
Pour répondre à l’objectif d’atteinte de bon état des cours d’eau visé par la directive cadre, les acteurs
institutionnels (Etat, Région, Département, Agence de l’eau, Union des maires) ont élaboré, dans le
cadre du Plan Départemental de l’Eau (PDE), le « Schéma Directeur d’Assainissement de Seine-etMarne ». Cette étude a défini 49 systèmes d’assainissement jugés prioritaires, au regard des objectifs
7
d’atteinte du bon état des masses d’eau, dont 57 % ont une capacité inférieure à 2 000 EH. La mise en
œuvre de ce schéma conduit les collectivités concernées à lancer les travaux nécessaires avant 2015.
Ainsi, le choix technologique de traitement des eaux usées des petites collectivités s’avère être une
problématique très actuelle, alors que depuis quelques années, sont proposés des systèmes d’épuration
plus rustiques que les boues activées.
C. Les différents procédés de traitement des eaux usées pour les
petites collectivités
1) Qu’appelle-t-on procédé rustique ?
Les procédés dits « rustiques » se caractérisent par une simplicité d’exploitation nécessitant peu de
technicité pour leur exploitation et limitant au maximum le recours à des équipements
électromécaniques et des systèmes de gestion sophistiqués.
Parmi eux, les procédés extensifs de traitement sont définis en opposition aux procédés intensifs de
type « boues activées » ou « disques biologiques » par l’utilisation d’une surface d’implantation plus
importante.
Les procédés rustiques font appel à des techniques simples de décantation et d’autoépuration de l’eau
(lagunage) ou de filtration sur des matériaux granulaires (filtration sur sable avec ou sans végétation), ou
encore à l’épuration sur culture bactérienne fixée sur des matériaux inertes.
Pour la suite de cette étude qui s’intéresse préférentiellement aux procédés rustiques, la filière « boues
activées » sera maintenue dans les analyses, à la fois parce qu’elle continue de représenter une solution
performante de traitement des eaux usées des petites collectivités et aussi à titre de comparaison avec
les filières rustiques.
2) Les filières existantes
Cette partie décrit les différents procédés de traitement des eaux usées, utilisés en Seine-et-Marne, et
pour lesquels des fiches techniques sont consultables sur le site de l’eau du Conseil général.
a)
Le lagunage
L’épuration est assurée par des bactéries aérobies et anaérobies.
Le temps de séjour est un des principaux paramètres pour
assurer le traitement. L’oxygénation des bassins est assurée par
la grande surface d’échange gazeux entre l’air et l’eau, et par le
phénomène de photosynthèse : la tranche d’eau supérieure est
exposée à la lumière et cela permet l’apparition d’algues qui
produisent l’oxygène nécessaire au développement des bactéries
aérobies.
Lagunage de Chevru - 600 EH
b)
Le filtre à sable
Ce système épuratoire consiste à filtrer des eaux usées
prétraitées (traitement primaire par décanteur-digesteur, fosse
toutes eaux ou lagune de décantation) au travers d’un milieu
granulaire insaturé (présence d’oxygène) sur lequel se fixe la
biomasse épuratoire.
Filtres à sable de Forges - 110 EH
8
c)
Le filtre planté de roseaux
Contrairement au filtre à sable, l’alimentation du 1er étage se fait
directement avec des eaux usées brutes le plus souvent
dégrillées. Cette filière de traitement est généralement constituée
de deux étages en série. Il se forme alors une accumulation de
boues sur le 1er étage. Le rôle principal des roseaux est
d’empêcher la formation d’une couche colmatante en surface.
Cette technique d’épuration repose, comme pour le filtre à sable,
sur les mécanismes de filtration superficielle et d’oxydation de la
pollution par les bactéries aérobies fixées sur le milieu granulaire.
Filtre planté de roseaux de Sancy-les-Meaux
d)
Les disques biologiques
Il s’agit d’un procédé de traitement aérobie à biomasse fixée. Les
disques, partiellement immergés dans l’effluent à traiter, servent
de support pour la microfaune épuratrice (les boues). Leur
mouvement de rotation assure à la fois le mélange et l’aération.
Généralement, l’effluent est préalablement décanté et les boues
qui se décrochent des disques sont séparées de l’eau traitée par
clarification (ou par filtres plantés de roseaux en variante).
e)
Le lit bactérien
Cette filière consiste à alimenter en eau usée, préalablement
décantée, un ouvrage contenant des matériaux (pouzzolane ou
agrégats plastiques) servant de support aux micro-organismes
épurateurs. La satisfaction des besoins en oxygène est obtenue
par voie naturelle ou par aération forcée. Le biofilm biologique
(les boues) qui se forme sur le matériau support, se décroche au
fur et à mesure que l’eau percole. Celui-ci est alors piégé au
niveau d’un décanteur secondaire (ou de filtres plantés de
roseaux en variante).
f)
Les procédés mixtes
L’appellation « procédés mixtes » caractérise principalement une
succession d’étapes de traitement comportant au moins un filtre
à sable ou un traitement utilisant des végétaux.
Les filtres à sable et les filtres plantés de roseaux à étages
verticaux ont des performances limitées pour la réduction des
nitrates, et la rétention du phosphore. Le manque de techniques
alternatives à la boue activée pour éliminer l’azote global et le
phosphore, ainsi que le renforcement des exigences
bactériologiques, conduisent un certain nombre de constructeurs
à proposer des combinaisons de technologies, c'est-à-dire, des
procédés mixtes. La création de procédés mixtes peut également
être adaptée à des projets de réhabilitation ou d’extension de
stations d’épuration.
Disques biologiques de Saints - 900 EH
Lit bactérien de Mauperthuis - 500 EH
Disques biologiques et Filtres plantés
Saints Bourg - 500 EH
9
g)
Les boues activées
Le traitement des eaux usées est assuré dans un bassin d’aération
dans lequel les micro-organismes épurateurs (les boues) sont
maintenus en suspension et reçoivent de l’oxygène apporté par le
système d’aération (aérateur de surface ou insufflation d’air). Les
boues et l’eau traitée sont ensuite séparées dans un clarificateur
(ou décanteur secondaire). Lorsque la biomasse épuratrice est trop
importante, les boues en excès sont extraites vers leur filière de
traitement.
h)
Traitement complémentaire : la zone tampon
boisée ou zone de rejet végétalisée
Depuis 2010, certains projets de type filtres à sable plantés de
roseaux qui assurent uniquement une nitrification et un traitement
très partiel du phosphore sont associés à une zone végétalisée dont
la fonction est le plus souvent de réduire le volume des rejets
pendant la période d’étiage, mais d’autres objectifs peuvent aussi
être recherchés: amélioration de la qualité du rejet, production de
biomasse (taillis à courte rotation), valorisation écologique et
aspect paysager.
3) Domaine d’application
Boues Activées et lits plantés
Chapelle Rablais - 1100 EH
Zone tampon boisée de Bouleurs
Chaque procédé est plus ou moins adapté à une gamme de capacité de traitement. Les domaines
d’application pour les procédés les plus courants en Seine-et-Marne sont fournis à titre indicatif dans le
tableau suivant. On constate, depuis peu, une extension du domaine d’application pour les « filtres
plantés de roseaux ».
Ces domaines correspondent moins à des limites technologiques de traitement qu’à des limites d’usage,
certains procédés, par exemple, étant particulièrement gourmands en espace, ce qui peut être
pénalisant pour des projets de collectivités de taille conséquente ou situées dans des secteurs où le
terrain est peu disponible.
10
Le tableau suivant reprend les principaux ratios de surface nécessaires par Equivalent Habitant :
Procédé
Surface nécessaire
pour le traitement
(m²/ EH)
Surface nécessaire
pour la station
(m²/ EH)
Lagunage
10 à 15
20
1 à 1,5
10
Filtre à sable
1,5 à 3
5 à 10
Lit bactérien
0,3 à 1
1 à 2,5
Disques biologiques
0,3 à 1
1 à 2,5
Boues activées
0,5 à 1
1 à 2,5
Extensif
Intensif
Pour une installation de 1 000 EH la surface nécessaire en fonction du procédé retenu sera la suivante :
Station de traitement
de 1000 EH
Surface nécessaire
pour le traitement
(m²)
Surface nécessaire
pour la station
(m²)
Lagunage
15 000
20 000
1 500
10 000
Filtre à sable
3 000
10 000
Lit bactérien
1000
2500
Disques biologiques
1000
2500
Boues activées
1000
2500
Extensif
Intensif
La Zone de Rejet Végétalisée peut compléter le traitement. Celle-ci est fortement consommatrice
d’espace. Ainsi pour une infiltration complète une surface comprise entre 8 et 20 m²/ EH suivant la
texture du sol est nécessaire (8 000 à 20 000 m² pour 1 000 EH).
11
II. Expertise technique et financière des dispositifs
rustiques
A. Le parc des stations d’épuration de capacité inférieure
à 2 000 EH.
Les dispositifs de capacité inférieure à 2000 E.H. ne représentent que 10 % de la capacité totale de
traitement de l’ensemble des stations du département, mais 70 % du nombre total d’installations.
Néanmoins, l’impact de leurs rejets sur la qualité des petits cours d’eau peut, dans certains cas, s’avérer
important.
Filières
Nombre
de stations
étudiées
Moyenne
d'âge
Nombre
d'analyses
exploitées
Nombre
de bilans
exploités
Coefficient de
charge moyen
Boues activées
144
32
970
99
0,52
17
5
46
10
0,33
Filtres à sable
14
11
32
6
0,44
Lagunage aéré
11
30
49
6
0,83
Procédés mixtes
4
10
32
7
0,54
Lagunage naturel
11
25
38
3
0,79
Disques biologiques
1
39
1
0
1,12
Dans la gamme des installations de moins de 2000 EH, la filière « boues activées » reste majoritaire
même pour la capacité inférieure à 500 EH où elle représente 35 % de cette catégorie alors qu’il est
avéré que l’exploitation de ces ouvrages de petite taille devient très contraignante. Les autres procédés
sont représentés à part égale entre les filtres à sable, les filtres plantés de roseaux, les lagunages
naturels ou aérés. Les procédés mixtes sont encore en faible nombre ainsi que les disques biologiques.
12
(< 2 000 EH)
13
La moyenne d’âge des ouvrages par filière et l’historique de leur mise en service reflètent l’évolution
des pratiques des maitres d’œuvre et de la réglementation. Dans les années 1970 à 1980 prévalait un
seul type de traitement : les boues activées, puis les lagunages naturels ou aérés ont complété le panel
des dispositifs de traitement. Dans les années 2001-2003 le procédé de filtres à sable a connu quelques
succès, mais des contentieux liés au colmatage de la surface du premier lit ont discrédité cette filière et
conduit au développement des filtres à sable plantés de roseaux dont le fonctionnement donne
satisfaction jusqu’à présent. La plus ancienne station de ce type date de 2003 et un accroissement du
nombre de projets est observé depuis 2007.
B. Le traitement des eaux
1) Les performances théoriques
Pour compléter l’analyse de la qualité du traitement obtenue sur l’ensemble des installations en service
dans le département, une analyse théorique des performances attendues suivant les procédés est
indiquée dans le tableau ci-dessous. Le classement sur la qualité croissante des performances est donné
à titre indicatif, suivant le contexte, l’optimisation du choix est nécessaire.
Filières
DBO5
DCO
MES
NTK
NGL
Pt
Boues activées
10 à 30
50 à 90
10 à 35
5 à 20
10 à 20
1à2
20 à 35
90 à 125
25 à 40
10 à 30
40 à 80
Filtres à sable
25
90
30
10 à 20
40 à 80
Disques biologiques
25 à 35
90 à 125
30 à 35
15 à 20
20 à 40
Lit bactérien
35
125
30
15
30 à 60
Procédés mixtes
35
25
90
15
20 à 40
Lagunage aéré
35
150
100
20
30 à 60
150
150
15
30 à 60
Lagunage naturel
14
Concentrations résiduelles théoriques (mg/l)
Qualité
Filières
Rendements théoriques (%)
DBO5
DCO
MES
NTK
NGL
Pt
Boues activées
95
95
90 à 95
91 à 95
50 à 90
50 à 80
90
85
90
85
45
30
Filtres à sable
90
85
90
75
35
30
Disques biologiques
94
79
89
80
50 à 90
15 à 30
Lit bactérien
85
80
90
80
50 à 90
15 à 30
Procédés mixtes
87
85
80
78
50 à 90
30 à 40
Lagunage aéré
80
80
80
25 à 30
20 à 30
25 à 30
Lagunage naturel
80
60 à 80
80
60 à 70
20 à 30
60 à 70
Qualité
Les stations d’épuration à boues activées, certes très performantes, sont déconseillées pour les
capacités inférieures à 500 EH à cause des contraintes technologiques (taille limite du clarificateur) et de
la gestion qui deviennent inadaptées et onéreuses par rapport aux autres procédés.
Les filtres à sable sont mentionnés à titre indicatif. En effet, cette filière, suite à plusieurs contentieux
liés à des colmatages de surface, a peu à peu été abandonnée au profit des filtres plantés de roseaux qui
ne présentent pas ce type de dysfonctionnement.
Les disques biologiques ont des performances qui devraient leur permettre d’être mieux représentés sur
le marché si le problème de la gestion des boues primaires et des boues biologiques n’était pas aussi
difficile.
La solution mixte disques biologiques (sans décantation primaire mais avec un dégrilleur fin) et filtres
plantés peut être un bon compromis en apportant une solution pour le devenir des boues ; il en est de
même pour l’association entre les lits bactériens et les filtres plantés.
2) Les performances mesurées en Seine-et-Marne
Les deux graphiques ci-dessous indiquent, par filière, la concentration moyenne au rejet des
installations en service sur le département. L’analyse a été réalisée pour les stations dont le coefficient
de charge polluante était supérieur à 20 % afin d’éviter les distorsions liées à la sous charge.
15
Les performances des systèmes boues activées sont, pour la plupart des paramètres, plus élevées que
pour les autres filières alors que les analyses portent sur un grand nombre d’installations et que leur
moyenne d’âge est de 32 ans. Cependant, pour l’ensemble de ces dispositifs, le niveau de rejet autorisé
peut varier de l’ancien niveau e NK1 (traitement de l’azote limité à 40 mg/l) pour les stations les plus
anciennes, à un niveau plus poussé de 10 mg/l sur l’azote réduit et de 15 mg/l pour l’azote global (azote
total et nitrates) pour les stations les plus récentes.
Les performances des filtres à sables plantés sont excellentes pour la plupart des paramètres sauf pour
l’azote global. Les installations à filtres verticaux ne traitant que partiellement l’azote, seule une
nitrification est réalisée occasionnant un rejet de nitrates avec des concentrations élevées.
Les lagunages naturels et les lagunages aérés (analyses sur eaux brutes) sont les moins efficaces en
matière de réduction des concentrations de polluants, mais la réglementation pour ces dispositifs est
moins contraignante et il n’y a pas forcément conservation des volumes entre l’entrée et la sortie
(infiltration, évaporation, apport pluviaux).
Les filtres à sable, dont la moyenne d’âge est de 11 ans et donc relativement récents, ont des
performances limitées par rapport aux boues activées. Ces dispositifs ne permettent qu’une nitrification
de l’azote organique comme pour les filtres plantés, mais une nouvelle réalisation avec des filtres
plantés verticaux a pour objectif de traiter l’azote global.
La filière disques biologiques n’a pas été exploitée car il n’existe qu’une seule installation dans le
département et elle est obsolète. Néanmoins, l’installation utilisant ce procédé associé à des filtres
plantés montre qu’elle apporte une réponse intéressante aux collectivités.
Concernant les rendements, ils sont médiocres pour les lagunes naturelles et aérées pour tous les
paramètres. Les rendements d’élimination de l’azote global sont logiquement faibles pour les filtres à
sables, plantés ou non. Ceux du phosphore sur les filtres sont voués à diminuer dans le temps une fois
les matériaux filtrants saturés.
16
Compte tenu de la différence d’âges des dispositifs, et du fait que le panel de stations est très inégal,
une analyse des concentrations et rendements des deux filières présentant les meilleurs résultats a été
réalisée, uniquement sur les installations de moins de 10 ans.
Les filtres plantés s’avèrent plus efficaces par rapport aux MES, à la DCO, et à la DBO5, c'est-à-dire les
particules solides et les matières organiques. Par contre, ils ne peuvent rivaliser avec le procédé par
boues activées pour l’azote global et le phosphore. C’est pourquoi, dans le cas où le niveau de rejet
impose un traitement poussé sur ces deux derniers paramètres, ce type de filière ne peut être envisagé
qu’en lui associant un traitement complémentaire de type zone de rejet végétalisée.
C. Le traitement des boues
L’épuration des eaux usées génère la production de boues contenant des matières minérales et des
matières organiques. Une simple décantation des eaux usées génère des boues primaires non
stabilisées. Les boues retenues sur les filtres bénéficient d’une minéralisation qui améliore leur stabilité :
les boues biologiques issues des filières boues activées ou disques biologiques sont soit stockées sous
forme liquide ou déshydratées sur lits de séchage ou lits de sable plantés de roseaux ou déshydratées
mécaniquement.
Une boue est caractérisée par plusieurs paramètres :
o La Consistance : C’est une donnée obligatoire à connaître pour toute manipulation des
boues. La consistance est un état physique dépendant en grande partie de la siccité.
Boues liquides : siccité de 0 à 10 %
Boues pâteuses : siccité de 10 à 30 %
Boues solides :
siccité de 30 à 100 %
o Le taux de Matières Organiques, exprimé en termes de Matières Volatiles en Suspension
(MVS)
17
Selon les traitements d’épuration appliqués, les boues ont des caractéristiques différentes :
Traitement des boues
Consistance
Matières Volatiles Sèches
Lit bactérien
2à5%
60 à 70 %
Lagunage naturel
5 à 10 %
30 à 60 %
15 à 25 %
25 à 35 %
35 à 45 %
> 65 %
Lit planté de roseaux
15 à 25 %
50 %
Silo liquide
2à6%
> 65 %
Boues
déshydratées
en station à
boues
activées
Lit de séchage
avec sable
Lit de séchage
sans sable
18
Coût du suivi
agronomique
(€)
Coûts annuel
d'élimination
(€/1 000 EH)
10
3000
8293
35 à 45 %
avec sable
inclus
Epandage
Centre d’enfouissement technique
Compostage
130
3000
9880
15
57 à 67 %
Epandage
Compostage
15
3000
521
15 à 25
183
2à6%
Retraitement en centre spécialisé
30
inclus dans le
retraitement
5475
Lagunage naturel
43 à 63
258
5 à 10 %
Epandage
13
3000
3553
Lagunage aéré
31 à 51
187
6 à 10 %
Epandage
13
3000
2632
Disques
biologiques
30 à 40
319
2à6%
- Retraitement vers un centre
spécialisé
30
inclus dans le
retraitement
9581
Boues activées
+ Lits plantés de
roseaux
38 à 50
82
15 à 25 %
Boues activées
+ Silo
50 à 66
529
2à6%
Boues activées
+ Lits de séchage
50 à 66
53
Filtres plantés de
roseaux
25
Filtres à sable
Destination
Epandage liquide
Siccité
4191
Production brute
annuelle
(Tonne/1 000 EH)
3000
Production
(g/hab./j)
14,5
Filière
Coûts d'évacuation
et de traitement
(€/ m3)
Les boues sont le plus souvent valorisées en agriculture par épandage direct ou après compostage. La
production a été estimée pour chaque filière à partir de données collectées lors des suivis agronomiques
et recalculée pour une station de 1000 EH :
Compostage
Epandage
La filière boue activées avec lits plantés de roseaux est encore récente et le nombre de données reste
insuffisant ; cependant, la minéralisation partielle des boues est réelle. De même, la quantité et la
siccité des boues évacuées de la filière filtres plantés mériteraient un suivi de plus longue durée pour
disposer de chiffres plus rigoureux.
La quantité et la qualité des boues issues des lagunages sont bien connues compte tenu du nombre
d’opérations effectuées. La production réelle a été calculée annuellement pour une évacuation tous les
quinze ans.
D. Performances énergétiques
Les consommations électriques des différentes filières, la majorité étant celles en boues activées, ont
été analysées en fonction de la classe de capacité pour l’année 2010.
L’exploitation des données sur l’ensemble du parc des stations d’épuration du département révèle deux
anomalies de fonctionnement :
o Les fortes valeurs observées pour le lagunage naturel correspondent à deux unités de 1000 et
2000 EH alimentées par des postes de relèvement recevant beaucoup d’eaux claires
parasites.
o La consommation électrique des lagunages aérés, anormalement élevée, est liée à la suraération des bassins et à un choix des exploitants de régler les temps d’aération en fonction
des résultats des tests azote et nitrate du rejet, au lieu de suivre le potentiel redox en aval de
la lagune aérée.
Les autres résultats sont en corrélation avec la nature des filières de traitement. Les boues activées,
dont l’oxygénation du bassin d’aération représente 80 % de la consommation électrique du système,
sont énergivores. La station de 250 EH équipée en disques biologiques consomme moins d’énergie mais
cette station est ancienne, vétuste et très peu performante.
La consommation électrique des lagunages naturels comme des filtres à sable et des filtres plantés de
roseaux est surtout celle des postes de relèvement qui alimentent les ouvrages. Compte tenu des
terrains disponibles, il est en effet assez rare de pouvoir utiliser la seule topographie pour alimenter par
bâchées les différents étages de filtration de l’eau.
19
E. Capacité vis-à-vis des surcharges hydrauliques
Le graphique ci-contre représente les anomalies de
collecte des réseaux d’assainissement unitaires et
séparatifs et les surcharges hydrauliques pour les stations
d’épuration suivant leur capacité.
Les anomalies de collecte et de fonctionnement des
réseaux sont réparties de façon homogène sur les
réseaux par classe de capacité des ouvrages pour les
réseaux unitaires et séparatifs. Il est normal de ne pas
constater d’anomalie de collecte des eaux claires
météoriques sur les réseaux unitaires, mais anormal de
constater la présence d’eaux claires parasites
permanentes, ces dernières proviennent de défauts de
structures des collecteurs qui drainent ainsi la nappe
phréatique superficielle ou assure le ressuyage des
terrains privatifs ou collectifs pendant les quelques jours
succédant aux précipitations.
De même, on constate que pour les 64 réseaux
majoritairement unitaires, seuls 22 bassins d’orage
permettent de stocker les premiers flots très chargés en
matières décantables et polluantes et de les traiter en
différé dans les stations d’épuration. L’effort de création de bassin d’orage pour ces réseaux unitaires
est cependant significatif. Cela devrait être une priorité par rapport aux travaux de réhabilitation des
réseaux préconisés dans les schémas directeurs même si leur dimensionnement est délicat. Cette
priorité permettrait de résoudre les rejets au milieu naturel des dépôts stockés dans les réseaux par
temps sec et déstockés par autocurage lors des événements pluvieux.
Le mauvais état des réseaux séparatifs sur 86 % du parc des stations d’épuration de moins de 2000 EH
révèle l’ampleur des restructurations à réaliser, soit pour éliminer les eaux claires parasites
permanentes (ECPP) qui ont la même origine que pour les réseaux unitaires, soit pour éliminer les eaux
de collecte des eaux pluviales provenant des propriétés privées. Le contrôle des branchements des
particuliers devrait être effectué avec une fréquence décennale ce qui est rarement le cas. Le plus
souvent, le contrôle a lieu lors des ventes de biens immobiliers.
Les procédés de traitement étudiés dans ce document supportent plus ou moins facilement les
surcharges hydrauliques issues des réseaux de collecte :
o Boues activées : la collecte d’eau claire parasite a tendance à entraîner des
dysfonctionnements sur les caractéristiques des boues (développement de bactéries
filamenteuses) pénalisant la décantation des boues. La collecte d’eau pluviale, en cas
d’absence de bassin d’orage peut rapidement entraîner des départs de boues avec l’effluent
épuré.
o Disques biologiques : la collecte d’ECPP, si elle reste dans des proportions acceptables à peu
d’impact, l’apport d’eau pluviale non régulé peut entraîner un lessivage des ouvrages
20
Filtres plantés de roseaux : cette filière peut supporter une certaine surcharge tout particulièrement au
niveau des ECPP, par contre un apport non régulé d’eau pluviale peut entraîner le noyage des filtres ce
qui, en cas de durée trop longue, entraîne son asphyxie.
Une des solutions, lorsque la nature des réseaux est connue, est de surdimensionné certains ouvrages.
Néanmoins, la présence de réseau unitaire oblige en toute rigueur l’installation d’un ouvrage de
régulation de type bassin d’orage.
Le lagunage naturel est par contre mieux adapté pour recevoir une surcharge hydraulique conséquente
par temps de pluie sans modification de son dimensionnement. Cependant, dès que le temps de séjour
est constamment dépassé, la qualité du traitement, déjà peu comparable à celle des autres filières, est
dégradée.
F. Les enjeux financiers
1) Coûts d’investissement
Le tableau ci–dessous est réalisé sur la base du suivi des coûts d’investissement des stations
d’épuration, construites en Seine-et-Marne au cours des quinze dernières années. Le coût a été corrigé
de l’inflation pour les stations les plus anciennes. Pour les boues activées avec lit de séchage ou silo, les
coûts ont été estimés à partir d’opérations ponctuelles récentes de création de lits et de silos de
stockage en génie civil.
Filière
nombre de
stations
< 500 EH
500 à 1 000 EH
1 000 à 2 000 EH
moyenne
Boues activées - Lits plantés
15
1 514 €
1 346 €
986 €
1 132 €
Boues activées - Silo
7
-
828 €
747 €
950 €
Boues activées - Lits de séchage
5
-
-
502 €
858 €
Filtres à sable
3
780 €
410 €
22
786 €
624 €
542 €
569 €
Lagunage naturel
3
650 €
-
550 €
600 €
Lagunage aéré
2
580 €
500 €
-
550 €
Procédés mixtes
3
850 €
720 €
-
750 €
Disques biologiques
3
-
-
840 €
840 €
656 €
L’estimation des coûts d’investissement pour les lagunages a été plus délicate, compte tenu de
l’absence de mise en service depuis le début des années 1990. Quelques créations récentes réalisées en
d EHors du territoire ont servi de référence.
La filière boues activées avec lits plantés de roseaux a été analysée à partir de quinze réalisations, mais
pour l’ensemble des systèmes, si la plupart concerne des lits en béton, certains d’entre eux sont
étanchéifiés par des géomembranes et sont deux fois moins onéreux. Ces derniers occupent une surface
au sol plus importante et le risque de détérioration lors du curage est réel. Les premiers ont un coût
moyen de 475 €/m², les seconds de 341 €/m². Les recommandations du SATESE à destination des
maitres d’œuvre pour la mise en place de ces lits plantés sont jointes en annexe.
2) Coût d’exploitation hors amortissement
Les coûts d’exploitation ont été estimés à partir de données concernant des installations gérées soit en
régie, soit en prestation de service, soit en affermage. Devant les difficultés rencontrées pour
homogénéiser le panel, pour chaque filière, il a été retenu les points suivants :
21
o le temps de disponibilité du personnel
o la consommation électrique pour une station à mi charge
o le coût pour les mesures d’autosurveillance
o le coût d’entretien des organes électromécaniques
o le coût d’enlèvement des boues suivant la production théorique de chaque filière et suivant
leur destination (épandage, compostage, retraitement)
o le coût de renouvellement des pompes et autres dispositifs mécaniques
La filière lit bactérien inexistante en Seine-et-Marne sauf en association avec des filtres plantés n’a pas
été analysée.
Le coût pour les disques biologiques a été calculé pour une élimination des boues primaires et
secondaires comme matières de vidange avec un coût de retraitement élevé. Dans le cas d’une
association disques biologiques et filtres plantés, le coût de traitement des boues est alors réduit.
Coûts d'exploitation
Filières
(€/an/1 000 EH)
(€/an/ EH)
(€/30 ans/1 000 EH)
Filtres Plantés de roseaux
8 847 €
9€
265 422 €
Boues Activées - Lits Séchage
27 583 €
28 €
827 494 €
Lagunage Aéré
18 410 €
18 €
552 300 €
Lagunage Naturel
13 162 €
13 €
394 845 €
Boues activées - Lits Plantés
22 907 €
23 €
687 204 €
Disques Biologiques
25 085 €
25 €
752 550 €
Boues Activées - Silo
23 104 €
23 €
693 113 €
Filtres à Sable
19 335 €
19 €
580 050 €
Procédés Mixtes
15 974 €
16 €
479 215 €
3) Coût du foncier
1
22
Filière (1 000 EH)
Surface de
traitement
(m²)
Emprise globale
(m²)
Prix du global
1
foncier en 2011
(€HT)
Part du foncier
dans le prix total
du projet
Lagunage
15 000
20 000
24 000 €
4,0 %
1 500
10 000
12 000 €
2,1 %
Filtre à sable
3 000
10 000
12 000 €
1,8 %
Lit bactérien
1000
2500
3 000 €
0,6 %
Disques biologiques
1000
2500
3 000 €
0,6 %
Boues activées - lits plantés
1000
2500
3 000 €
0,3 %
Boues activées
500
2500
3 000 €
0,4 %
Zone de rejet végétalisée
10 000
10 000
12 000 €
2,1 %
Base : Prix terre agricole 12 000 € HT l’hectare en 2011
4) Comparaison du coût d’investissement et des coûts d’exploitation
Le coût d’exploitation hors amortissement des ouvrages de traitement a été mis en perspective pour
une période de trente ans, qui devrait être la durée de vie d’une installation d’assainissement.
Il apparait clairement une distinction entre les boues activées, les disques biologiques et les autres
procédés. Il y a un effet cumulatif d’un coût d’investissement globalement plus élevé que les autres
filières et d’un coût d’exploitation globalement plus élevé.
Néanmoins, dans les cas où les normes de rejet sont particulièrement élevées, il s’agit d’un passage
obligé pour les collectivités. A contrario, dans de nombreux autres cas, ce constat doit amener la
réflexion sur le choix de futures installations.
23
III. Etudes de cas en Seine-et-Marne
A. Filtres à sable plantés et zone tampon boisée à Bouleurs
1) Présentation et objectif
Cette station d’épuration de type « filtres à sable plantés de
roseaux » à deux étages en écoulement vertical, a été complétée
par une zone tampon boisée, compte tenu de la disponibilité du
terrain de l’ancienne station détruite lors de l’opération. Le
niveau de rejet autorisé impose un traitement de l’azote réduit
de 15 mg/l. Elle a été mise en service en août 2009.
L’étude réalisée en août 2011 avait pour objectif de déterminer
les performances de cette filière d’épuration. En effet, une
dizaine de projets avec des zones de rejet végétalisées sont en
Zone de rejet végétalisée Bouleurs - 1 500 EH
cours d’étude dans le département, mais le fonctionnement et
l’efficacité de ces traitements complémentaires sont encore mal
cernés. Le principal intérêt attendu pour ces dispositifs est de réduire ou de supprimer les rejets
pendant la période d’étiage du milieu récepteur.
La station de Bouleurs est l’un des premiers dispositif de ce type, en service dans le département.
2) Caractéristiques du système d’assainissement
Caractéristique du dispositif de Bouleurs
Réseau de collecte
100 % séparatif
Procédé de traitement
Filtres à sable plantés de roseaux à 2 étages
Capacité d’épuration
1 500 EH
Zone tampon boisée
2 séries en parallèles de 4 noues
3) Mesure de charge
La station reçoit 26 % de la charge nominale. La qualité des rejets obtenue respecte le niveau de rejet
autorisé. La nitrification de l'azote est observée et le rendement d’élimination du phosphore de 34 %
correspond à la capacité d’absorption des matériaux filtrants.
4) Fonctionnement de la zone tampon boisée
Le suivi de la zone tampon boisée (ou zone de rejet végétalisée) a permis de déterminer que la majorité
des eaux traitées est infiltrée dans le sol et que l’évapotranspiration par les plantes et l’évaporation de
l’eau sont très restreintes. L’objectif de réduire le débit du rejet au milieu naturel superficiel est atteint.
Cependant, on n’observe aucune modification significative de la qualité de l’eau liée au dispositif
complémentaire, l’implantation végétale étant encore relativement récente.
5) Préconisations
Lors des futurs projets de zones de rejet végétalisées, il serait souhaitable de réaliser au préalable un
certain nombre d’essais de sol de type Porchet et de prévoir l’installation de piézomètres pour suivre la
qualité de l’eau dans le sol.
24
B. Filtres plantés superposés de type Ecofiltre à Beautheil
1) Présentation
La station d’épuration des hameaux de Villers et des Parichets
de la commune de Beautheil a été mise en eau en novembre
2010. Elle remplace un dispositif d’épuration obsolète traitant
les eaux usées du hameau de Villers. Le procédé épuratoire
retenu par la commune est de type bi-filtre planté de roseaux.
Celui-ci a été construit par l’entreprise Jean VOISIN qui a
déposé un brevet sous le nom commercial d’Ecophyltre. Ce
filtre vertical présente la particularité d’être constitué de deux
niveaux filtrants à base de Mayennite. Ce granulat est obtenu
par l’expansion à 1 130°C de schistes et dispose d’une surface
spécifique plus grande que celle des sables et des graviers
utilisés classiquement dans la conception des filtres plantés de
roseaux à deux étages de traitement.
Ecophyltre® de Beautheuil Villers - 180 EH
Ce dispositif est le premier de ce type dans le département.
2) Caractéristiques principales
Caractéristique du dispositif de Beautheil
Réseau de collecte
100 % séparatif
Réseau d’eaux usées neuf pour le hameau de Villers
Raccordement du hameau des Parichets prévu en 2012
Bi-filtre planté de roseaux
180 EH (72 hab. raccordables)
Niveau de rejet
Prescriptions minimales de l’arrêté du 22 juin 2007
3) Résultats de la mesure d’efficacité
Cette mesure a été réalisée en septembre 2011. Les performances minimales garanties par le
constructeur Jean VOISIN sont toutes atteintes. Les prescriptions minimales de l’arrêté du 22 juin 2007
sont respectées. La station a fonctionné à 24 % de sa charge hydraulique et à 35 % de sa charge
polluante exprimée en DBO5.
Paramètre
Résultats Jour 1
Résultats Jour 2
DBO5
C (mg/l)
16
Rend. (%)
98 %
C (mg/l)
21
Rend. (%)
96 %
DCO
103
92 %
124
MES
19
94 %
26
NK
13
89 %
19
83 %
Arrêté du 22 juin 2007
C (mg/l)
≤ 35 mg/l
Garanties entreprise
Rend. (%)
≥ 60 %
C (mg/l)
≤ 25 mg/l
Rend. (%)
≥ 93 %
87 %
≥ 60 %
≤ 125 mg/l
≥ 85 %
93 %
≥ 50 %
≤ 30 mg/l
≥ 93 %
≥ 60 %
25
C. Lagunage et filtres plantés verticaux à Pézarches
1) Présentation et objectifs
Le procédé de traitement des eaux usées par lagunage naturel
créé au début des années 90 a été complété en septembre 2009
par 3 casiers de filtres à sable plantés de roseaux à écoulement
vertical. L’objectif de ce traitement de finition était d’améliorer le
niveau de rejet vis-à-vis des matières en suspension (notamment
microalgues), de la pollution carbonée et d’affiner la nitrification
des effluents.
2) Caractéristiques du système
d’assainissement
Filtres à sable Pézarches - 500 EH
Réseau de collecte
100 % séparatif
Avec rejet discontinu des éluâts de dénitratation d’une
usine d’eau potable
Lagunage naturel par 3 lagunes
+ filtres à sable plantés de roseaux
500 EH
3) Mesure de charge
Le coefficient de charge polluante du dispositif est voisin de 44 % en NTK et de 28 % en DBO5, en
d EHors des périodes de rejets d’éluât de l’usine de traitement d’eau potable qui peuvent
ponctuellement doubler la charge polluante à traiter. Le lagunage permet l’obtention d’un niveau de
rejet caractéristique de ce type de filière avec un traitement partiel de l’azote ammoniacal et une teneur
en matières en suspension relativement élevée, en raison du développement normal de microalgues
photosynthétiques qui permettent de maintenir le milieu en aérobiose.
4) Fonctionnement du traitement de finition
Le traitement tertiaire par filtration verticale permet d’améliorer la qualité du traitement vis-à-vis de
l’azote ammoniacal et de la DBO5. En revanche, les rendements et teneurs obtenus sur la DCO brute et
les matières en suspension sont plutôt décevants et inconstants. Le temps d’infiltration à la surface des
filtres est très rapide et la porosité des matériaux de filtration ne permet pas une rétention constante
des microalgues issues du lagunage. Il est possible que la rétention des MES s’améliore avec le temps,
au fil du colmatage naturel des filtres.
5) Préconisations
L’efficacité de ce type d’association de procédés de traitement est discutable et très certainement
fluctuante au cours de l’année. La plantation des filtres à sable n’a guère de plus-value. La gestion de
l’alimentation des filtres peut s’avérer difficile en période estivale en raison de l’évaporation et de
l’infiltration dans les lagunes réduisant les débits rejetés. C’est pourtant à ces périodes que l’impact des
rejets des stations d’épuration sur les milieux récepteurs est le plus sensible. Ce type d’association reste
applicable pour de petites capacités avec des charges hydrauliques journalières raisonnables pour éviter
d’avoir un surdimensionnement des casiers de filtration par rapport aux conditions de temps sec.
26
D. Filtres plantés vertical puis horizontal à Brie-Comte-Robert
1) Présentation et objectifs
Ce dispositif du Lycée agricole Le Bougainvilliers, mis en eau en
janvier 2010, est alimenté par un réseau d'assainissement court,
entièrement neuf et de nature séparative. Après un relevage des
effluents et leur dégrillage, le traitement s'effectue
gravitairement en trois étapes principales :
o Rétention des matières en suspension et première
nitrification des effluents sur un des trois casiers du
premier étage de filtration
o Dénitrification des effluents en sein du deuxième
étage de filtration horizontale
Deuxième étage horizontal Bougainvilliers
500 EH
o Poursuite de la rétention des matières particulaires et du traitement de l'azote ammoniacal
sur le troisième étage de filtration verticale et recirculation d’une partie des eaux traitées
vers le deuxième étage pour optimiser le traitement des matières azotées.
2) Caractéristiques du système d’assainissement
Réseau de collecte
100 % séparatif
Vertical, horizontal, vertical avec recirculation du rejet vers
le deuxième étage
550 EH
3) Qualité des eaux traitées
Elle est excellente sur tous les paramètres. Le niveau de rejet est largement respecté et l’amélioration
par rapport à l’ancien dispositif de type « boues activées », indiscutable. Le débit moyen traité peut être
estimé à 22 m³/j environ avec cependant des variations conséquentes. Le dispositif se situe donc en
moyenne à 27 % de sa charge hydraulique nominale.
L’épuration des matières carbonées, azotées (y compris dénitrification) est poussée. La rétention des
matières phosphorées est à considérer avec prudence, étant donnée la mise en eau récente du
dispositif (janvier 2010) et des phénomènes temporaires d’absorption qui sont connus.
Le premier étage permet un abattement notable de la pollution particulaire et des matières organiques
et un début de nitrification. L’abattement des matières carbonées, particulaires et la nitrification se
poursuivent dans le deuxième étage, certainement en raison du mode d’alimentation des effluents qui
permet un apport d’oxygène dans le filtre. Il n’y a pas de dénitrification évidente lors de cette étape du
traitement. Ce filtre fonctionne en milieu saturé en eau, mais n’est pas, de par sa conception et son
alimentation, conçu comme un filtre horizontal traditionnel. Le dernier étage affine l’abattement de
l’azote ammoniacal avant rejet et induit par la même occasion un résiduel en nitrates plus élevé qu’en
sortie d’étage 2. Ce type de procédé est particulièrement bien adapté au réseau séparatif, mais
nécessite des emprises foncières importantes.
27
IV. Guide méthodologique pour la mise en œuvre des
filières rustiques
A. Les étapes de mise en œuvre d’un projet d’assainissement
La collectivité au début du projet de réhabilitation du système d’assainissement doit s’attacher les
services d’un Assistant à maîtrise d’ouvrage. Une collectivité éligible à l’Assistance Technique
Départementale et ayant signé une convention avec le Conseil général peut faire appel au SATESE pour
lancer cette première opération.
La mission qui lui est dévolue comporte plusieurs volets :
o Définition du projet de la station d’épuration avec vérification des filières de traitement de
l’eau par rapport à la sensibilité du milieu récepteur, à la réglementation et à la destination
des boues retenue. Il propose au comité de suivi composé de la collectivité, des
représentants des financeurs et des services de la police de l’eau, le dimensionnement et
l’estimation de l’enveloppe financière. Il propose et organise le programme de remise à
niveau du réseau d’assainissement et de la station.
o Elaboration du dossier Loi sur l’eau qui définit le niveau de rejet qui sera retenu. La MISEN
(Mission Interservices de l’Environnement) est associée dès les études préalables pour aider
à la constitution du dossier d’autorisation ou de déclaration.
Lors de travaux de création ou d’extension d’une station d’épuration, le dossier de
déclaration ou d’autorisation des rejets de la future installation est un élément clef de la
procédure réglementaire. Ce document définit la quantité de pollution à traiter et le niveau
de qualité des eaux traitées vis-à-vis du milieu naturel. A partir de cette autorisation, le
niveau de rejet et donc le procédé de la station d’épuration sont déterminés.
Cette déclaration est présentée pour l’ensemble du système de collecte/épuration des eaux
usées. Elle concerne : la station d’épuration mais aussi le ou les déversoirs d’orage et le
bassin d’orage dans le cas d’un réseau d’assainissement unitaire, ce qui est le cas le plus
fréquent en Seine-et-Marne.
Le cadre réglementaire défini dans le Code de l’environnement fixe les conditions de
déclaration ou d’autorisation. (Articles L214-1 à L214-11 et les articles L 122-1 à L122-3).
Ce dossier de déclaration évalue l’incidence du projet sur le milieu aquatique, en quantité et
en qualité en fonction du procédé mis en œuvre.
Cela se traduit par une étude d’impact ou une notice d’impact qui justifie l’incidence du rejet
de la future station d’épuration par rapport à l’objectif de bon état de la masse d’eau
réceptrice.
Le niveau de rejet est fortement corrélé au débit à traiter et au débit de la rivière. Suivant les
cas, le niveau de traitement de l’azote et du phosphore peut être plus ou moins exigeant, il
en découle le procédé de station le plus adapté (par exemple : les filtres à sables plantés de
roseaux ne permettent pas un traitement poussé de l’azote et du phosphore). Ainsi, malgré
la tendance ressentie au cours de ces dernières années, les filières les plus rustiques ne sont
pas toujours les mieux adaptées.
o Etude technico économique sur les filières de traitement et d’élimination des boues et en
option l’étude préalable à l’épandage des boues.
o Assistance pour le choix du terrain d’implantation des ouvrages.
28
Suivant le niveau de rejet défini dans le dossier loi sur l’eau, un procédé d’installation de
traitement est défini. Le choix du terrain est très important par rapport aux disponibilités
foncières de la collectivité. Les différents éléments à prendre en compte sont les suivants :
Surface nécessaire par rapport à la filière de traitement choisie.
Eloignement des habitations les plus proches à une distance minimum de 100 mètres
souhaitable.
Orientation des vents dominants.
Terrain de préférence en zone non inondable et caractéristique du sous-sol le moins
contraignant vis-à-vis du projet (attention au surcoût pour des fondations spéciales).
Accessibilité (voirie, arrivée des fluides : eaux, énergie électrique, téléphone)
Distance par rapport au milieu naturel mais également par rapport à la zone à
assainir.
Proximité de massif arboré dans le cas de filière de types filtres plantés de roseaux à
éviter pour limiter le phénomène de développement non uniforme des roseaux.
o Consultation des prestataires comme le CSPS, le contrôleur technique ou le bureau d’études
spécialisé pour le diagnostic amiante.
o Consultation des prestataires pour les levés topographiques et les études géotechniques
des sols.
o Elaboration du dossier de consultation pour le choix du maître d’œuvre des travaux à réaliser
pour la station et les réseaux et éventuellement assistance jusqu’à la fin de la mission du
maître d’œuvre dans le cas de projets complexes.
La mission du Maître d’œuvre consiste à assurer la conception et le suivi des travaux, dans le cadre d’un
appel d’offres :
o L’établissement des études d’avant-projet (AVP),
o Les études de projet (PRO),
o L’établissement des dossiers de demande de subventions,
o L’assistance au maître de l’ouvrage pour la passation des contrats de travaux (ACT), dans le
cadre d’un appel d’offres,
o Le visa des études d’exécution et de synthèse (examen de la conformité au projet des études)
(VISA),
o La direction de l’exécution des contrats de travaux (DET),
o L’assistance au maître de l’ouvrage lors des opérations de réception et pendant la période de
garantie de parfait achèvement (AOR),
o La consultation pour le choix du prestataire réalisant les essais de garantie.
Suivant le type de procédé d’épuration, la mission PRO du maitre d’œuvre peut être écartée. En effet,
souvent le projet du maitre d’œuvre est repris par le constructeur et parfois la solution retenue est la
variante du constructeur, qui lui s’engage sur le niveau de rejet demandé.
La dernière étape du processus consiste à choisir le Constructeur qui devra répondre sur la solution de
base définie par le maitre d’œuvre ou sur une solution variante quand celle-ci est autorisée.
29
B. Les critères d’aides à la décision pour le choix des filières
Les éléments d’aide à la décision pour choisir le procédé le mieux adapté au projet envisagé sont
multiples : techniques, financiers, et humains.
Il est nécessaire en premier lieu de créer un comité de pilotage (collectivité, financeurs, police de l’eau,
assistant à maitrise d’œuvre…) qui accompagnera les élus dans l’élaboration de leur projet. Ensuite, le
choix d’un maitre d’œuvre reconnu et d’une entreprise spécialisée dans le domaine du traitement des
eaux usées complétera la bonne réalisation du projet.
Indépendamment du choix de filière, il est souhaitable de bien choisir le terrain du futur emplacement
et de ne pas seulement faire ce choix par défaut.
Il est souvent préférable en cas de rénovation d’un dispositif de reconstruire l’intégralité de la station
d’épuration plutôt que d’essayer de réutiliser des ouvrages existants.
Le choix d’un procédé est dépendant de plusieurs facteurs et pour commencer, le principal est
l’autorisation réglementaire de rejet qui fixe la quantité de pollution à traiter et la qualité du
déversement au milieu naturel.
Les autres éléments de choix abordés dans le présent document sont les suivants :
o Performances en concentration et en rendement des procédés pour les différents
paramètres
o Consommation énergétique
o Quantité et qualité de boues produites suivant la filière et destination de celles-ci
o Contraintes olfactives et sonores
o Emprise foncière, bien que celle-ci soit peu contraignante en milieu rural
o Contrainte de la technicité de l’exploitation et du coût d’exploitation sur 30 ans
o Coût d’investissement et coût de fonctionnement
Ce document rédigé en 2012 donne une image des procédés d’assainissement à cette date surtout pour
les coûts d’investissements et d’exploitation pour la Région Ile-de-France. De nouvelles approches
techniques sont en cours d’études comme celles menées par le groupe de travail sur l'Evaluation des
Procédés Nouveaux d'Assainissement des petites et moyennes Collectivités (EPNAC) qui a pour but
d'acquérir, de mutualiser et de diffuser les connaissances sur les procédés de traitement des eaux usées
des petites et moyennes collectivités notamment sur les filières mixtes.
Le tableau suivant présente les avantages et inconvénients de chaque procédé :
30
Lagunage naturel
- Filière compact
- Gestion plus simple par rapport à
un bassin d'aération
- Association possible avec les filtres
plantés de roseaux
- Association possible à une filière de
type filtres plantés de roseaux
- Possibilité d'augmenter la capacité
(batterie de disques)
- Obligation d'un prétraitement par dégrillage fin des eaux usées avant
passage dans l'unité biologique
- Régulation hydraulique à prévoir pour éviter toute surcharge
- Procédé de traitement "mécanisé" nécessitant une maintenance
- Traitement incomplet de l'azote et du phosphore
- Faible consommation électrique
- Bonnes performances épuratoires
- Risques de colmatage important
- Nécessité d'un traitement primaire
- Sensibles aux surcharges hydrauliques
- Surface importante associée à un choix de sable déterminé avec
précaution
- Temps d'exploitation plus conséquent (ratissage)
- Traitement partiel de l'azote et du phosphore
- Odeurs
- Technicité d'exploitation plus facile
- Coût d'investissement moindre
compte tenu de la rusticité des
ouvrages
- Bonne performances épuratoires
notamment sur les matières
particulaires, organiques et azotées
- Moins sensibles aux à-coups
hydrauliques
- Demande beaucoup de précautions à la mise en œuvre
- Entretien au début de la mise en service notamment désherbage manuel
des filtres lors du démarrage
- Pas de traitement de l'azote global pour les filtres verticaux (mais des
progrès récents) et partiel du phosphore
- Présence de déchets de plastique dans la boue en absence de dégrillage
efficace
- Prévoir une zone déboisée suffisante autour des filtres
- Performances épuratoires
poussées notamment
nitrification/dénitrification
- Technologie bien maîtrisée
- Filière compacte
- Progrès dans l'intégration
paysagère
- Consommation électrique élevée
- Coût d'investissement et d'exploitation élevé
- Exploitation technique plus délicate
- Risques de dysfonctionnements importants (panne matériel, gel,
pollution,…)
- Sensibilité aux à-coups hydrauliques
- Odeurs
Boues activées
Aération prolongée
Lagunage aéré
- Forte consommation électrique
- Performances épuratoires réduites sur l'azote et le phosphore
- Développement de micro-algues et concentration élevé en DCO et MES
- Acceptation des variations de
charges organiques et hydrauliques
- Moins de surface que la lagune
naturel
Lit bactérien
- Curage des boues stockées dans la lagune coûteux
- Performances limitées sur l'azote et le phosphore
- Entretien des abords contraignant
- Développement de micro-algues et concentration élevée en DCO et MES
- Résiduel en métaux lourds plus important que pour une boue activée lié
- Consommation électrique faible
- Adaptation à un réseau unitaire
recevant beaucoup d'eaux claires
parasites
- Moins de rejet en période d'étiage
associé à une régularité des débits
rejetés
Disques
biologiques
Inconvénients
Filtres à sable
Avantages
Filière
- Sensibilité aux surcharges hydrauliques
- Risques de colmatage du massif filtrant
- Hauteur importante pénalisant l'intégration paysagère
- Traitement incomplet de l'azote et pas de traitement du phosphore
31
Annexes
A. Etude de la STEP de type filtres à sable plantés et zone tampon
boisée de Bouleurs
Cette station d’épuration est du type « filtres à sable plantés de roseaux complétés par une zone
tampon boisée ». Elle a été mise en service en aout 2009. Elle a fait l’objet d’une mesure d’efficacité du
23 au 24 Aout 2011.
Caractéristiques du système d’assainissement
Réseau de collecte :
Procédé de traitement :
Capacité d’épuration :
Polluante temps sec :
Capacité hydraulique :
séparatif 100 %
filtre à sable planté de roseaux
1500 Equivalents Habitants
90 kg de DB05/j (60 g/hab/j)
225 m³/j temps sec
Description des ouvrages de traitement
Dégrilleur automatique vertical
Poste de relèvement :
Deux pompes de relèvement assurent la reprise des eaux usées dégrillées vers les deux séries de filtres
du premier étage. Les pompages sont alternés vers chaque file.
Filtres à sable plantés de roseaux : Premier étage
Filtres :
6 casiers de 289 m², soit 1734 m²
Les eaux traitées du premier étage s’écoulent gravitairement vers deux réservoirs de chasse qui
alimentent alternativement chaque semaine les 2 lits en service.
Filtres à sable plantés de roseaux :
Bâchées :
Filtres :
Comptage aval :
deuxième étage
1 bâchée de 5.4 m3 théorique
4 casiers de 289 m², soit 1156 m²
canal venturi Bamo
Zone tampon boisée
Elle est constituée de 2 séries en parallèle de 4 noues. Les noues sont alimentées par l'intermédiaire de
2 fossés latéraux dans lesquels des regards sont équipés chacun d'une r EHausse réglable. En cas de surdébit ou de défaut d'infiltration, une noue supplémentaire permet d'envoyer les eaux au ru.
Chaque radier est recouvert de graviers où sont implantées des plantes aquatiques, et des arbustes ont
été plantés sur les talus des bassins.
Mesure de charge
Le flux collecté représente 615 Equivalents Habitants en tenant compte de la DBO, alors que la
population raccordable s’élève à 1020 habitants. La station reçoit 26 % de la charge nominale.
32
Qualité des rejets
Rejets
Garantie constructeur
Mercredi
MES
35 mg/l
4 mg/l
DBO5
25 mg/l
4 mg/l
DCO
125 mg/l
62 mg/l
NK
15 mg/l
2 mg/l
NGL
Valeur non imposée 15 mg/l
51
P tot
Valeur non imposée 2 mg/l
7
La nitrification de l'azote est observée et le rendement d’élimination du phosphore de 34 % est faible
mais correspond à la capacité d’absorption des matériaux filtrants.
Fonctionnement des filtres : les chiffres clefs
Capacité de la station :
225 m3/j et débit de pointe 26.1 m3/h
Débit lors de la mesure :
92 m3/j et débit de pointe horaire 9.62 m3/h
étage
etage 1
surface unitaire m2
charge hydraulique
289
289
etage 2
charge hydraulique
m/h
m/j
m/h
m/j
Prévue
0,09
0,39
0,12
0,39
Mesurée
0,02
0,17
0,02
0,17
surface jour m2
Rendement du premier étage
FLUX (kg/j)
TRANCHES
DEBIT
HORAIRES
en m3
FLUX AMONT
92,0
flux aval premier étage
98,2
RENDEMENTS
MES
DBO5
DCO
ad2h
ad2h
36,7
25,6
59,9
3,7
2,5
90%
90%
M.O.
DBO5
DCO
eb
eb
37,0
36,9
79,7
13,5
6,1
3,0
19,3
78%
83%
92%
76%
en N
NH4+
en N
0,7
8,9
6,5
0,8
2,7
1,7
pH
NK
70%
NO3en N
2,5
NGL
P tot
en N
en P
8,9
1,0
5,1
0,7
43%
33%
L’abattement de charge obtenu au niveau du premier étage est important pour les paramètres carbonés
et plus faible pour l’azote et le phosphore.
33
Fonctionnement de la zone tampon boisée
surface en eau
surface plantée
surface cailloux et plantes
total
869 m2
217 m2
76 m2
1162 m2
pas de rejet
45 m2
bassin D
bassin 4
4
154 m2
93,5 m2
15 m2
20 m2
2
bassin C
bassin 3
192 m2
212 m2
ru de Vignot
3
bassin B
bassin 2
90 m2
116 m2
15 m2
11 m2
1
bassin A
bassin 1
source 3,6 m3/j
96 m2
66 m2
repartition
canal de comptage
piézo
eaux traitées 98,2 m2/j
1 niveau a sec
2
a sec
B3
70 cm
D4
140 cm
sous le niveau du sol
sous le niveau du sol
La répartition hydraulique
Le débit journalier reçu de 102 m3/j (eau traitée + source) et qui ne ressort pas au rejet est soit évaporé
par la surface en eau, soit capté par la végétation, soit infiltré dans le sol. C’es trois paramètres ont donc
été estimés.
La perméabilité des sols a été mesurée lors de la réalisation du projet par Geo-Sigma. Deux points ont
été retenus par rapport aux six points initiaux dans la zone tampon boisée et par rapport à la
profondeur de test.
forage
P4
L4
moyenne
Profondeur en
m
1.5
1.5
Perméabilité
en m/s
-5
1.2 10
-6
4.3 10
-6
2.2 10
Pour cette perméabilité et la surface en eau, la capacité d’infiltration est estimée à 823 m³/j.
Un essai d’évaporation dans un bac de surface connu a été mené en parallèle des mesures.
L’évaporation mesurée était de 4.7 mm/j, soit pour la surface en eau des bassins, un volume de 5.4
m3/j.
Enfin la superficie occupée par les roseaux de type carex dont l’évapotranspiration est connue dans la
littérature (5 à 13 l/m2) a été estimée à 135 m2 en Août. Le volume estimé consommer par ces roseaux
qui étaient prépondérants par rapport aux autres végétaux (encore peu développés) s’élève à 1.3 m3/j.
34
En conclusion pour obtenir une limitation des rejets au milieu naturel, il semble que le paramètre le plus
important soit celui de la capacité d’infiltration des sols.
Lors des projets de zone tampon boisée ou zones de rejet végétalisées, il sera souhaitable de réaliser un
certains nombre d’essais Porchet préalables, de prévoir également des piézomètres pour suivre la
qualité de l’eau dans le sol.
Le suivi de la zone tampon boisée ou zone de rejet végétalisée a permis de déterminer que la majorité
des eaux traitées est infiltrée dans le sol et que l’évapotranspiration des plantes et l’évaporation de la
surface en eau sont très restreintes. L’objectif de réduire le débit du rejet au milieu naturel est atteint.
Cependant, on n’observe aucune modification significative de la qualité de l’eau liée au dispositif
complémentaire, l’implantation végétale étant encore relativement récente.
35
B. Etude de la STEP de type écofiltre de Beautheil
La station d’épuration de Beautheil – Hameaux de Villers/Les Parichets est de type bi-filtre planté de
roseaux de 180 E.H (Ecophyltre pour le nom commercial déposé par l’entreprise Jean VOISIN). Elle a été
mise en eau en novembre 2010. Au moment de la mesure d’efficacité réalisée du 26 au 28 septembre
2011, le hameau des Parichets n’était pas encore desservi par un réseau de collecte des eaux usées. Son
raccordement est prévu en 2012.
Description du réseau d’assainissement :
Le réseau d’assainissement desservant le hameau de Villers a été totalement réhabilité en 2010. Un
réseau d’eaux usées neuf a été posé sur 597 ml. Un poste de refoulement a été mis en place sur le
hameau avec un réseau de refoulement de 358 ml jusqu’à la nouvelle station d’épuration située entre
les deux hameaux. Les travaux de création d’un réseau d’eaux usées sur le hameau des Parichets seront
réalisés fin 2011/début 2012, ainsi que la mise en place du réseau de refoulement vers la station
d'épuration.
Description de la station d’épuration :
Dégrilleur manuel : L’arrivée des refoulements des deux hameaux se fait dans un ouvrage rectangulaire
équipé d’une grille. Un panier permet d’égoutter les déchets arrêtés par la grille.
Chasse automatique (modèle JVEC-150) : Il s’agit d’une chasse à siphon auto-amorçant intégrée dans
une cuve de diamètre 2,00 m. Ce dispositif permet une alimentation du filtre par bâchée avec une lame
d’eau théorique de 3,00 cm.
Bi-filtre planté de roseaux (Ecophyltre) : Ce filtre (photo n°3) d’une superficie totale de 216 m² est
constitué de trois casiers de 72 m² alimentés en alternance et par bâchée. Son dimensionnement est de
1,2 m²/E.H. Ce filtre vertical présente la particularité d’être constitué de deux niveaux filtrants à base de
Mayennite. Ce granulat est obtenu par l’expansion à 1130°C de schistes et dispose d’une surface
spécifique plus grande que celle des sables et des graviers utilisés classiquement dans la conception des
filtres plantés de roseaux à deux étages de traitement. La couche superficielle est composée de
Mayennite 2/4 mm. Cette granulométrie et l’action mécanique des roseaux permettent l’admission d’un
effluent brut. Les boues s’accumulent donc à sa surface (stockage sur plusieurs années). Une couche
intermédiaire de Mayennite 0,5/4 mm permet d’affiner le traitement de la pollution. Un réseau de
drains intermédiaires a pour objectif d’améliorer l’oxygénation de l’ensemble du massif filtrant.
Canal débitmétrique de sortie : Le canal jaugeur est un modèle à section exponentielle de type I de la
société ISMA (photo n°4). Il n'est pas équipé d'un débitmètre en poste fixe.
Bi-filtre
planté
de
roseaux
composé de 3 casiers (Ecophyltre)
36
Canal débitmétrique de sortie
Les données générales de base du dimensionnement lors de la construction sont :
Capacité nominale :
Débit moyen journalier (sur la base de 150 l/hab.) :
Débit moyen horaire :
Débit de pointe horaire :
Charge polluante journalière en DBO5 :
Charge polluante journalière en DCO :
Charge polluante journalière en MES :
Charge polluante journalière en NK :
Charge polluante journalière en Pt :
180 E.H.
27,0 m³/j
1,13 m³/h
3,38 m³/h (coef. de pointe de 3)
10,8 kg/j
23,4 kg/j
12,6 kg/j
2,7 kg/j
0,7 kg/j
Niveau de rejet : prescriptions minimales de l’arrêté du 22 juin 2007
Résultats de la mesure d’efficacité
La station a fonctionné à 24 % de sa charge hydraulique et à 35 % de sa charge polluante exprimée en
DBO5. Le graphique suivant donne le coefficient de charge par paramètre :
Les rendements d’élimination de la pollution sont satisfaisants pour les paramètres traités (MES, DBO5,
DCO et NK) et permettent de respecter les performances minimales de traitement définies dans l'arrêté
du 22 juin 2007. Le graphique suivant donne le rendement épuratoire moyen par paramètre :
37
Les performances minimales garanties par le constructeur Jean VOISIN sont atteintes.
 Paramèt
res
Résultats Jour 1
Résultats Jour 2
Arrêté du 22 juin 2007
Conc.
Rend.
Conc.
Rend.
Conc.
Rend.
Conc.
Rend.
DBO5
16
98 %
21
96 %
≤ 35 mg/l
≥ 60 %
≤ 25 mg/l
≥ 93 %
DCO
103
92 %
124
87 %
≥ 60 %
≤ 125 mg/l
≥ 85 %
MES
19
94 %
26
93 %
≥ 50 %
≤ 30 mg/l
≥ 93 %
NK
13
89 %
19
83 %
Conc. = Concentration en mg/l et Rend. = Rendement
38
Garanties entreprise
≥ 60 %
C. Etude de la STEP de type mixte lagunage et filtres plantés
de Pézarches
Caractéristiques du système d’assainissement
Réseau de collecte : séparatif 100 % mais avec réception d’éluât d’une usine d’eau potable de
dénitratation par résine échangeuses d’ions
Arrivée des eaux sur la station d’épuration : refoulement
Nombre d’assujettis à l’assainissement : 116
Maître d’ouvrage :
Date de création du lagunage :
Volume total théorique des lagunes :
Premier curage durant l’été 2010:
Capacité polluante :
Capacité hydraulique :
Maître d’œuvre :
Traitement de finition :
Commune de Pézarches
1991
4665 m3
lagune 1/1180 m3
500 EH
75 m³/j
DDAF
Filtres à sable verticaux (3 casiers de 166 m² avec bordures
de cloisonnement et périphériques en bois + étanchéité via
une géomembrane) : 2009
DDEA
Maître d’œuvre :
Niveaux de rejet de la station
Avant l’association avec les filtres plantés de roseaux
MES
: 120 mg/l
DBO5ef : 40 mg/l
DCOef
: 120 mg/l
NK
: 40 mg/l
Après l’association avec les filtres plantés de roseaux
1
MES < 30 mg.L- ou rdt> 90 %
-1
DBO5 < 25 mg.L ou rdt> 90 %
-1
DCO < 90 mg.L ou rdt>80 %
-1
NK < 15 mg.L ou rdt> 75 %
La charge hydraulique
Les résultats sont synthétisés dans les tableaux suivants
: PEZARCHES
STATION
MESURE DE DEBITS
du lundi 12/04/2010 au mardi 13/04/2010
0,65
0,61
0,78
0,00
1,60
Débit
sortie
en m3/h
10
5,0
9
4,5
8
4,0
7
3,5
6
3,0
5
2,5
4
2,0
3
1,5
2
1,0
1
0,5
0
0,0
PLUIE en mm
15,66
1,24
1,47
0,55
0,53
2,34
Débit
entrée
en m3/h
15 1
H 5H
16 à 1
H 6H
17 à 1
H 7H
18 à 1
H 8H
19 à 1
H 9H
20 à 20
H
H
21 à 2
H 1H
22 à 2
H 2H
23 à 2
H 3H
00 à 2
H 4H
01 à 0
H 1H
02 à 0
H 2H
03 à 0
H 3H
04 à 0
H 4H
05 à 0
H 5H
06 à 0
H 6H
07 à 0
H 7H
08 à 08
H
H
09 à 0
H 9H
10 à 1
H 0H
11 à 1
H 1H
12 à 1
H 2H
13 à 1
H 3H
à
14
H
29,69
Qmoyen en m3/h
Qdiurne en m³/h
QNoct(0h-6h) en m3/h
Qmini en m3/h
Qmaxi en m3/h
Différence Amont/Aval
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Pluie
en mm
DEBITS en m3/h
Totaux en m3 et en mm
Pluie
en mm
à
Débit
sortie
en m3/h
0,00
0,00
1,48
0,54
0,24
0,00
1,27
0,54
0,27
0,00
0,94
0,88
0,33
1,09
1,06
0,39
0,94
1,09
0,39
0,49
1,36
0,45
0,31
1,60
14
H
14H à 15H
15H à 16H
16H à 17H
17H à 18H
18H à 19H
19H à 20H
20H à 21H
21H à 22H
22H à 23H
23H à 24H
00H à 01H
01H à 02H
02H à 03H
03H à 04H
04H à 05H
05H à 06H
06H à 07H
07H à 08H
08H à 09H
09H à 10H
10H à 11H
11H à 12H
12H à 13H
13H à 14H
Débit
entrée
en m3/h
1,26
1,15
0,80
0,89
1,23
2,23
2,20
1,56
1,52
1,18
0,53
0,57
0,56
0,55
0,56
0,54
1,17
2,27
2,34
1,31
1,55
1,67
1,26
0,79
Périodes
HEURES
0,0
-47%
39
Le volume de bâchée est logiquement quasiment constant. Il est en moyenne de 4.2 m3 auxquels il faut
retrancher le retour d’effluents à l’arrêt de la pompe (en moyenne 850 litres à chaque bâchée) du fait de
l’absence de clapet anti-retour. Cela donne un volume réel d’eau envoyé sur les lits à chaque bâchée qui
est de l’ordre de 3.3 m3 en moyenne. Cela est cependant nettement plus faible que ce qui était prévu,
pour assurer une répartition homogène des effluents à la surface des lits (6.6 m3).
Le débit de la pompe d’alimentation (94.2 m3/h) est conforme aux prescriptions du marché qui
prévoyait 83 m3/h minimum.
La répartition des effluents à la surface du lit n°1 (casier alimenté durant la mesure) n’est pas optimale
et seulement 50 à 60 % de la surface totale est utilisée avec la création de chemins préférentiels pour la
circulation des effluents dans le sable en surface du lit (planéité non parfaite).
La charge hydraulique surfacique appliquée au filtre 1 durant la mesure a été de 13,7 cm/j si l’on
considère 100 % de la surface du lit. En réalité, la charge hydraulique surfacique a été plus proche de 24
cm/j si l’on considère que seule 60 % de la surface du lit n°1 a été utilisée du fait de la répartition non
homogène des effluents. Les conditions de charge hydraulique ont donc été satisfaisantes (53 % de la
charge hydraulique surfacique nominale).
La charge polluante Amont et Résiduelle
Les résultats sont synthétisés dans les tableaux suivants :
STATION PEZARCHES
PERIODE: lundi 12 avril au 13 avril 2010
TRANCHES
DEBIT
HORAIRES
en m3
MES
DBO5
DCO
ad2h
ad2h
260
130
246
597
340
568
M.O.
DBO5
eb
DBO5
ef
DCO
DCO
NK
NGL
P tot
eb
ef
en N
en N
en P
105
60
100
107
64,5
102
10
6,9
9,65
CONCENTRATIONS AMONT (mg/l)
Ech. Diurne
Ech. Nocturne (0h-6h)
Ech. Moyen 24h
26,4
3,3
30
268
112
251
23,1
23,1
236
160
144
116
372
200
353
300
160
284
688
376
653
94
69
110
52
33
23
8
11
14
6
397
263
247
187
102
140
232
112
55
43
38,0
12,0
55
43
38,0
47,0
7,6
7,2
6,7
6,9
8,4
0,8
0,53
0,3
0,14
19,4
5,7
4,33
5,4
2,592
2,97
0,9
0,28
3,04
0,9
1,09
0,29
0,2
0,16
-23,7
64,2%
21,3
5,3
6,9
-3,0
44,3%
CONCENTRATIONS AVAL (mg/l)
AVAL LAGUNE 1 (EcH. Ponctuel 13/04)
AVAL LAGUNE 2 (EcH. Ponctuel 13/04)
AVAL LAGUNE 3: (Bâche JVAH) Moyen 24h
Rejet: SORTIE FILTRES (24h)
FLUX AMONT
FLUX ENVOYE SUR LES FILTRES
FLUX REJET: SORTIE FILTRES
7,4
3,3
2,68
RENDEMENTS LAGUNE 1 (%)
RENDEMENT FILTRES (%)
RENDEMENT GLOBAL (%)
NORMES DE REJET (mg/l)
5,8
32,2
10,0
19,4
63,9%
NORMES DE REJET : Rendement (%)
30
90%
CHARGES EN E.H.
83
22
18
237
170
FLUX (kg/j)
7,3
16,9
10,5
0,5
5,5
2,2
0,42
3,93
1,60
RENDEMENT (%)
18,2
94,3%
28,3
76,7%
26,6
84,8%
184
61,3
52,7
36,5
30,3
93,7%
57,1
39,2
33,8
6,1
24,3
77,7%
-37,3
-65,7
51,7
45,0
21,8
11,6
68,4
90,6%
25
90%
90
80%
15
75%
141
129
198
Paramètres de terrain
40
pH
T°C
redox (mv)
Oxygène (mg/l)
saturation (%)
Conductivité (µS/cm)
8,58
8,7
8,6
7,5
11,9
14,1
12,4
10,9
92,5
71,7
108
130
9,57
14,81
10,6
6,09
91,5
141,6
99,9
55,6
2950
2930
2800
2660
115
Commentaires globaux sur le fonctionnement du dispositif
Le lagunage dans sa globalité permet l’obtention d’un niveau de rejet caractéristique de ce type de
filière avec un abattement d’environ 70 % sur la matière organique globale (hors filtration) et de 90 %
sur la matière organique biodégradable, un traitement partiel de l’azote ammoniacal (70 %) et une
teneur en matières en suspension relativement élevée en raison du développement algal. Les teneurs
en oxygène relevées et la couleur verte de l’eau dans les différents bassins indiquent une activité
photosynthétique très satisfaisante qui permet de conserver un milieu aérobie nécessaire pour la
dégradation de la pollution.
Le traitement tertiaire par filtration verticale permet d’atteindre les objectifs fixés sur l’azote
ammoniacal avec une réelle plus value et la DBO5, en revanche les rendements et teneurs obtenus sur
la DCO brute et les matières en suspension ne respectent pas le niveau de rejet fixé notamment en
raison du développement des microalgues au sein du lagunage. Si l’on raisonne sur la DCO ef, le
rendement de 80 % est atteint et la teneur proche des 90 mg/L.
Le développement peu conséquent des roseaux ne peut expliquer la non atteinte des objectifs garantis
notamment sur les MES. Le temps d’infiltration à la surface des filtres est pour l’heure très rapide (à
peine quelques minutes après la fin d’une bâchée la totalité des effluents a été infiltrée) et la porosité
des matériaux de filtration ne permet pas, la rétention des microalgues issues du lagunage comme en
témoigne la couleur du rejet. Cela influe sur la teneur en MES finale au rejet. Il est possible, sans
certitude, que la rétention des MES s’améliore avec le temps au fil du colmatage naturel des filtres.
Actuellement, il ne s’est pas formé à la surface des massifs une couche de MES suffisante permettant
d’agir en tant que préfiltre pour satisfaire le niveau de rejet sur ce paramètre. La nature des effluents
est en effet très éloignée d’eaux usées domestiques brutes avec des MES de tailles beaucoup plus
conséquentes qui favorisent cette formation de couche préfiltrante à la surface des massifs.
Indicateurs d’exploitation
Alternance de l’alimentation des différents massifs et volume envoyé sur les filtres sur 2010 :
Date
N° du massif
filtrant
Durée entre
l'alternance de
deux massifs (j)
09/02/2010
17/02/2010
23/02/2010
02/03/2010
11/03/2010
16/03/2010
23/03/2010
07/04/2010
2
3
1
2
3
1
2
3
8
6
7
9
5
7
15
Durée
recommandée
pour
l'alternace des
massifs (j)
Compteur de
bâchées
Nombre
journalier
moyen de
bâchées
Volume moyen
envoyé sur les
filtres estimé
(m3/j)
7
1335
1442
1486
1576
1668
1693
1717
1764
13
7
13
10
5
3
3
44
24
42
34
17
11
10
L’alternance des massifs est globalement bien gérée par l’exploitant (une semaine d’alimentation pour 2
semaines de repos) à quelques exceptions près (période de congés). Les volumes moyens journaliers
envoyés sur les filtres estimés présentent des variations incohérentes (doublement du nombre de
bâchée sans raison évidente mis à part si des by-pass des filtres ont eu lieu).
CONCLUSION
Le bilan de fonctionnement du dispositif depuis la mise en place du traitement tertiaire par filtres
plantés de roseaux est positif sur les points suivants :
o Meilleure connaissance possible des débits et flux de pollution rejetés dans l’Yerres après
traitement grâce aux débitmètres mis en place qui ont été correctement installés.
o Meilleur traitement de l’azote ammoniacal grâce à la présence des filtres (processus de
nitrification).
41
o Exploitation satisfaisante du dispositif pour l’alternance de l’alimentation des massifs
filtrants. Il peut être conseillé à l’exploitant, en période très sèche, si un impact sur les
roseaux est visible par manque d’eau de modifier l’alternance de l’alimentation des massifs
filtrants (changement tous les 3 à 4 jours, plutôt que toutes les semaines).
o Système de pompage respectant les garanties du marché de travaux en termes de débit
caractéristique.
Les points négatifs sont les suivants :
o Rendement décevant des filtres sur la rétention des matières en suspension qui ne respecte
pas les garanties du marché impactant de fait les résultats en DCO qui ne respectent pas
également le niveau de rejet requis.
o Volume utile de bâchée faible au regard des critères de dimensionnement des filtres.
o Répartition des effluents à la surface des massifs non homogène avec un retour d’effluent
important dans la bâché de relevage après chaque bâchée du fait de l’absence de clapet antiretour.
o Ratissage des lits à parfaire avant le développement plus conséquent des roseaux afin de
rétablir une meilleure planéité. Ceci devrait pouvoir être réalisé en essayant de faire
converger les effluents vers le centre des massifs et d’éviter de favoriser leur stagnation sur
les bordures.
42
D. Préconisations sur les lits plantés de roseaux utilisés pour le
traitement des boues
1) Etude comparative des filières en génie civil et équipées de
géomenbrannes en 2011 (étude du SATESE 77)
Bassin d'orage m3
année construction
capacité EH
type de lits
Kg MS/m²/an
Coût investissement lits € HT
Coût investissement station € HT
surface m²
volume utile m
coût € HT /m²
coût € HT /m3
coût lit par EH
% coût des lits dans l'investissement
oui
non
oui
oui
oui
non
oui
non
oui
non
300
70
oui
200
400
220
130
412
412
non
2008
2012
2012
2012
2012
2012
2012
2012
2011
2006
1200
600
1800
900
1600
800
1100
1000
2450
1500
Génie Civil
GC bioblock
Génie Civil
Géomenbranne
Génie Civil
Génie Civil
Génie Civil
Génie Civil
Géomenbranne
Géomenbranne
49
43
40
48
49
49,1
50
49,4
41
152
216 813
158 505
280 000
126 828
286 900
221 639
223 153
254 675
132 513
134 890
1 253 920
669 989
1 600 000
1 286 993
1 696 900
853 340
1 241 897
1 278 000
1 278 375
1 060 450
420
252
1060
360
878
405
480
444
1000
250
588
511
1590
576
1141
769
720
798
1600
300
516
629
264
352
327
547
465
574
133
540
369
310
176
220
251
288
310
319
83
450
180,7
264,2
155,6
140,9
179,3
277,0
202,9
254,7
54,1
89,9
17,3%
23,7%
17,5%
9,9%
16,9%
26,0%
18,0%
19,9%
10,4%
12,7%
Géomenbranne
Génie Civil
3
traitement du phosphore
coût des filières lits plantés pour le traitement des boues : comparatif genie civil et géomenbranne
moyenne
moyenne
341
475
251
289
95
216
11,0%
19,9%
2) La mise en œuvre des lits plantés de roseaux (recommandations du
SATESE 77)
Il est nécessaire de prévoir pendant les deux premières années une charge de 25 KgMS/m2/an ce qui
implique de démarrer à la mise en eau avec une charge aussi proche que possible de 50 % de charge
polluante.
Le calcul pour la charge nominale est basé sur un ratio de 50 KgMS/m2/an. Toutefois pendant la période
de séchage (arrêt d'un lit pendant 3 à 4 mois) cela n'a fait l'objet d'aucune préconisation mais dans le
document Cemagref de 2008 un taux de 60 KgMS/m2/an semble possible sur les autres lits en service.
Préconisation du Cemagref 2009 ; un minimum de six lits est demandé.
La fiche descriptive des roseaux avec leur dénomination latine est nécessaire
(ex :Phragmites communis)
Respect des granulométries et des épaisseurs des matériaux
(ce paramètre pourra être défini comme un critère de choix
technique pour l’appréciation des offres)
Couche filtrante superficielle
Propositions SATESE sable de Loire siliceux obligatoire lavé roulé 2/4 ou 2/6 mm épaisseur 20 cm.
Recommandation du Cemagref : 3/6 ou 4/10 mm sable siliceux de Loire lavé roulé (maxi à 20 % de
Calcaire)
Couche de transition 4/14 ou 6/12 mm épaisseur 20 cm
Couche drainante 20/40 mm épaisseur 10 cm à 15 cm
43
Cas particulier des casiers dont l’étanchéité est réalisé par des membranes
La surface nécessaire sera calculée sur la hauteur de boue à mi hauteur (à indiquer dans le DCE)
Les matériaux seront choisis en s’appuyant sur les préconisations de l‘organisme IRSTEA (ex Cemagref).
La pose doit être réalisée par une entreprise certifiée AsqualC
ENGAGEMENT DU CONSTRUCTEUR
Mettre dans l’acte d’engagement un objectif de siccité minimum de 13 % un an après l'alimentation des
lits (à contrôler lors de la réception).
MISE EN SERVICE
Les points importants pour le bon fonctionnement futur sont les suivants :
o Plantation de 4 ou 5 plants par m2
o Période de plantation adaptée (plutôt au printemps, sinon en fonction de l'avancement du
chantier réservation et entretien par le fournisseur pour avoir des plants déjà suffisamment
robustes au début de l'alimentation)
o Création d'un fichier Excel de suivi (voir Satese)
o Vérification par le maître d'œuvre et le Satese de la position des fentes des drains lors de la
mise en place.
o Vérification par le maître d'œuvre de chaque arrivage des matériaux (échantillon pour
chaque livraison et conservation pour contestation future éventuelle).
o Vérification des fines et de la teneur en calcaire par test à l'éprouvette et test à l'acide sur
site.
o Contrôle de la siccité minimum de 13 % un an après l'alimentation des lits.
44
E. Glossaire
A
Azote ammoniacal (NH4 +)
L’ion ammonium correspond à la forme réduite de l’azote.
Ce composé azoté est caractéristique des eaux résiduaires où il est associé à l’azote organique.
Dans des conditions d’oxygénation normale, cet élément est oxydé en nitrites puis en nitrates.
Azote Global (NGL)
Il quantifie la pollution azotée d'un effluent : il est obtenu en faisant la somme de Azote Kjeldhal (NK ou
NTK) et de l'azote oxydé : Azote nitreux (nitrite / N-NO2) + Azote nitrique (nitrate / N-NO3).
Azote Kjeldahl (NK)
L’azote Kjeldahl mesure l’azote présent sous forme organique et celui sous forme ammoniacal.
D
Débit d’étiage
Le débit d’étiage désigne le débit moyen le plus bas d'un cours d'eau.
Demande biochimique en oxygène (DBO5)
La DBO5 est la quantité d’oxygène consommée par les matières organiques contenues dans un
échantillon d’eau en 5 jours. Elle a pour but de reproduire l’autoépuration naturelle. Elle permet
d’évaluer les matières biodégradables présentes dans les eaux.
Demande chimique en oxygène (DCO)
La DCO est la quantité d’oxygène consommée par les matières oxydables existantes dans l’eau par
processus chimique. La mesure correspond à une estimation des matières oxydables présentes dans
l’eau, quelle que soit leur origine organique ou minérale. La vie aquatique est affectée par un taux trop
élevé de matières organiques en raison de la réduction des teneurs en oxygène dissous qu’elles
entraînent.
Directive Cadre sur l’Eau (DCE)
La Directive 2000/60/CE du parlement européen et du conseil du 23 octobre 2000 établit un cadre pour
une politique communautaire de l’eau, communément appelée directive cadre, elle a été traduite en
droit français en 2004.
E
Equivalent-habitant ( EH)
Cette notion est utilisée pour quantifier la pollution émise par une agglomération à partir de la
population qui y réside et des autres activités non domestiques (boucheries, charcuteries,
restaurants…). Selon l’article 2 de la directive ERU du 21 mai 1991, l’équivalent-habitant est la " charge
organique biodégradable ayant une demande biochimique en oxygène en cinq jours (DB05) de 60
grammes d’oxygène par jour ". L’équivalent-habitant permet de dimensionner une station d’épuration.
45
H
Hydrocarbures polycycliques aromatiques (HAP)
Les hydrocarbures polycycliques aromatiques (HAP) sont composés de 4 à 7 cycles contenant des
atomes de C et H principalement. Ils forment une vaste famille de composés aux propriétés similaires.
Un HAP connu est le benzopyrène, il est très cancérigène. Les HAP existent à l'état naturel dans le
pétrole brut : les hydrocarbures pétrogéniques. La pyrolyse et la combustion incomplète de matières
organiques ; comme l’incinération des déchets, la combustion du bois, du charbon, le fonctionnement
des moteurs à essence ou des moteurs diesels produit aussi des HAP.
M
Matières en suspension (MES)
Les matières en suspension comprennent les matières décantables et les colloïdes, mais pas les matières
dissoutes. Elles sont composée souvent dans les cours d’eau des particules de nature argilo-humique
provenant de l’érosion des sols, mais également de bien d’autres constituants, en particulier d’origine
organique. Elles représentent la cause essentielle de la turbidité de l’eau.
Matières volatiles sèches (MVS)
La matière sèche est constituée de matières minérales et de matières organiques qui sont appelées
matières volatiles sèches. La concentration en MVS est un taux de matière organique par rapport à la
matière sèche totale. Le suivi de ce taux permet de connaître la stabilité d’une boue.
N
Nitrates (NO3-)
Forme finale de l’oxydation de l’azote, les nitrates sont des éléments nutritifs pour les végétaux.
Nitrites (NO2-)
Composé intermédiaire de l'azote entre l'ammoniac et les nitrates, les nitrites apparaissant lors de la
dégradation des substances azotées par des bactéries dans la filtration biologique. Au cours du cycle de
l’azote, c'est la nitrosation qui produit les nitrites. Chez l'homme et les mammifères, la présence de
nitrites dans le sang empêche l'hémoglobine de fixer convenablement l'oxygène. C'est l'une des causes
de la « maladie bleue du nourrisson », plus savamment appelée « méthémoglobinémie ».
P
pH
Le pH (potentiel Hydrogène) mesure la concentration en ions H+ de l'eau. Il traduit ainsi la balance entre
acide et base sur une échelle de 0 à 14, 7 étant le pH de neutralité. Ce paramètre caractérise un grand
nombre d'équilibre physico-chimique et dépend de facteurs multiples, dont l'origine de l'eau.
Phosphore total (Pt)
Le Phosphore Total est la somme du Phosphore particulaire et du Phosphore dissous.
Le phosphore est le principal facteur de l’eutrophisation en eau douce par enrichissement des cours
d’eau et des plans d’eau en éléments nutritifs qui constituent un engrais pour les plantes aquatiques.
46
S
Schéma d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SAGE)
Né de la loi sur l'eau de 1992, le SAGE est le document d'orientation de la politique de l'eau au niveau
local : toute décision administrative doit lui être compatible.
Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE)
Créé par la loi sur l'eau de 1992, le SDAGE fixe pour chaque bassin hydrographique les orientations
fondamentales d'une gestion équilibrée de la ressource en eau dans l'intérêt général et dans le respect
des principes de la loi sur l'eau.
Ce document d'orientation s'impose aux décisions de l'Etat, des collectivités et établissements publics
dans le domaine de l’eau notamment pour la délivrance des autorisations administratives (rejets, ...) ;
les documents de planification en matière d’urbanisme doivent être compatibles avec les orientations
fondamentales et les objectifs du SDAGE.
Siccité
Les boues sont constituées d’eau et de matières sèches. La siccité est le pourcentage massique de
matière sèche. Ainsi une boue avec une siccité de 10 % présente une humidité de 90 %.
Station d’épuration (STEP)
C’est une installation de traitement des eaux usées qui permet leur dépollution.
Z
Zone de rejet végetalisée
Ce terme regroupe divers ouvrages qui ont des rôles et des objectifs divers, leurs points communs étant
d’être situés à l’aval du rejet de la station et d’avoir un développement de végétation, contrôlée ou non.
47
E. Fiches techniques sur les filières d’assainissement collectif en
Seine-et-Marne
Fiche 1
Fiche 2
Lit bactérien
Fiche 3
Disques biologiques
Fiche 4
Filtre à sable
Fiche 5
Boues activées
Fiche 6
Lagunage
Fiche 7
Filtration membranaire
Fiche 8
Biofiltres
48
Assainissement collectif | Fiche technique 1
Octobre 2011
1 - Principe d’épuration
Le principe des filtres verticaux consiste à admettre les eaux usées, sans traitement préalable, sur un massif de
gravier planté de roseaux (Phragmites australes). Les bactéries épuratrices sont fixées sur les grains de sable, sur
les rhizomes des roseaux et la couche de boues de surface. Elles se développent et dégradent la pollution. Le filtre
planté de roseaux est généralement composé de deux étages : le premier retient toute les particules solides et
débute le traitement ; le second affine l’épuration. Le dispositif est alimenté de façon séquencée grâce à la
présence d’un réservoir de chasse placé en tête permettant d’assurer une alimentation homogène sur l’ensemble
de la surface du filtre. Cette filière a de bons rendements sur la matière organique et traite partiellement l’azote
dans l’état actuel du procédé.
2 - Domaine d’application recommandé
De 50 à 1 000 Equivalents habitants. Au delà de 1500 EH, les coûts d’achat du terrain et d’exploitation deviennent
prohibitifs, par rapport aux autres filières de traitement. L’exploitation et l’entretien sont simples peuvent être
confiés à l’employé communal.
3 - Emprise foncière
- Pour les ouvrages de traitement : 1 à 2,5 m²/EH (Equivalent Habitants)
- Globalement :
10 m²/EH
4 - Qualité des eaux traitées attendue filtres verticaux
Normes de rejet .
DBO5 :
MES :
NTK+NO3 :
25 mg/l à 35 mg/l
25 mg/l à 40 mg/l
40 mg/l à 80 mg/l
DCO :
NK :
P total :
90 mg/l à 125 mg/l
10 mg/l à 30 mg/l
30 %
5 - Schémas vue en coupe et vue de dessus de filtres plantés de roseaux
Source : Cahier technique FNDAE n°22
Source : Document technique Jean Voisin
Conseil général de Seine-et-Marne
Fiche technique 1 | Filtres plantés de roseaux
6 - Avantages et inconvénients de la filière
Avantages
Inconvénients
- Bon rendement sur la matière organique et
partiellement sur l’azote
- Adapté aux variations de charges instantanées
- Traitement des eaux usées brutes sans prétraitement
poussé (dégrillage souhaité)
- Coûts de fonctionnement faibles
- Simplicité et facilité d’exploitation à priori
- Stockage des boues durant 10 à 15 ans
- Production de boues réduite et bonne minéralisation
- Recommandé plutôt pour les réseaux séparatifs, mais
envisageable avec un réseau unitaire associé à un
bassin d’orage
- Pas de risque de colmatage grâce à la présence de
rhizomes
- Aucune possibilité de gestion des processus
épuratoires
- Transformation de l’azote en nitrates au rejet, mais
possibilité d’amélioration des performances avec les
filtres horizontaux
- Rendement faible sur le phosphore (recherche en
cours)
- Bruit de fond en métaux lourds des boues à surveiller
en raison du temps de stockage sur 10 ans
- Devenir des végétaux faucardés non définis
- Compétition entre les espèces végétales et les
roseaux à maîtriser et présence de rongeurs à éviter
7 - Ouvrages en Seine et Marne
Travaux de mise en place d’un
filtre planté de roseaux
Douy la Ramée
Marchemoret
Chambry
Meaux
Saint Jean les Deux Jumeaux
Sancy les Meaux
Bouleurs
Filtre planté de roseaux en été
Torcy
Saint Martin des Champs
Saints
Beautheil
Cerneux
Champeaux
Provins
Melun
Soisy Bouy
Filtre planté de roseaux en
phase d’alimentation
Fontainebleau
Capacité en (EH)
Constructeur en Seine et Marne :
Jean Voisin, Merlin TP, SAUR,…
8 - Pour aller plus loin
- Cemagref | Cadre guide pour un cahier technique des clauses particulières – Filtres plantés de roseaux
Fiche technique 1 | Filtres plantés de roseaux
Lit bactérien
Octobre 2011
e
L’utilisation industrielle des lits bactériens en traitement des eaux remonte à la fin du 19 siècle. Comparativement
aux systèmes où la biomasse bactérienne épuratrice est en suspension, les lits bactériens reposent sur un
développement de bactéries sur un support inerte appelé garnissage (plastique ou cailloux). Ces dernières forment
une fine pellicule à la surface des matériaux appelée biofilm et se développent au sein des porosités du garnissage
du lit.
Dans ce procédé d’épuration biologique, après un prétraitement sommaire, les eaux usées sont admises par
relèvement sur le support au sommet du lit. Un bras rotatif répartit uniformément les effluents à traiter à la surface
du lit et ces derniers ruissellent par gravité au sein des porosités du garnissage. Les bactéries présentes assurent
ainsi la dégradation de la pollution carbonée et partiellement de la pollution azotée. La circulation de l’air s’effectue
naturellement et apporte l’oxygène nécessaire aux bactéries pour dégrader la pollution.
La dernière étape du traitement réside en une décantation des eaux au sein d’un clarificateur et en un recyclage
partiel des eaux traitées en tête de dispositif. Cette dernière étape peut faire l’objet de variantes.
Cette filière est adaptée pour les petites collectivités avec des charges de pollution à traiter comprises entre 200 et
2000 EH (Equivalents Habitants). Sur les unités les plus importantes, il peut être plus économique de répartir le
traitement sur deux étages de lits bactériens en série. On notera la possibilité d’une association d’un lit bactérien
avec des filtres plantés de roseaux pour remplacer le décanteur (procédé Rhizopur de la Lyonnaise des Eaux).
Poste de relèvement
des eaux brutes
Lit bactérien
Rhizocompostage
Pour les ouvrages de traitement d’une capacité de 1000 EH, l’emprise foncière est comprise entre 90 et 100 m²
(local d’exploitation compris). En moyenne, la surface globale nécessaire est de l’ordre de 1 à 5 m²/EH.
4 - Qualité attendue des eaux traitées
Au niveau des eaux de rejet, la qualité attendue est :
DBO5 ≤ 35 mg/l
MES ≤ 30 mg/l
NTK : 15 mg/l avec un dimensionnement adapté
DCO ≤ 125 mg/l
NGL : 30 à 60 mg/l
P total : 30 % en moyenne
Fiche technique 2 | Lit bactérien
5 - Schémas d’un lit bactérien (filière classique)
6- Avantages et inconvénients de la filière
Avantages
Inconvénients
- Entretien simple mais régulier
- Bonne résistance aux surcharges
hydrauliques organiques passagères,
- Consommation énergétique modérée
(de l’ordre de 0,6 kWh/kg de DBO5
éliminée),
- Boues bien épaissies par décanteur digesteur.
- Procédé souvent considéré comme désuet, n’ayant pas bénéficié d’un
effort de recherche et d’améliorations technologiques comparables à
celui pour les boues activées en aération prolongée,
- Risques d’odeurs pouvant provenir du digesteur et d’un défaut
d’aération du lit dans certaines conditions météorologiques.
- Sensibilité au froid et au colmatage,
- Abattement limité de l’azote et du phosphore,
- Source de développement d’insectes.
Lit bactérien
Meaux
Système de répartition de
l’effluent
Torcy
Melun
Mauperthuis
Provins
Garnissage plastique et
naturel
Fontainebleau
Capacité en (EH)
Constructeurs en Seine et Marne : Degremont,
Lyonnaise des Eaux, SERIC, Nouvelle SETA…
- Document technique du Ministère de l’Agriculture et de la pêche (FNDAE n°22) : Filières d’épuration adaptées
aux petites collectivités.
- Le procédé Rhizopur® de Suez environnement
Fiche technique 2 | Lit bactérien
Disques biologiques
Octobre 2011
Les disques biologiques ou biodisques sont une filière de traitement biologique aérobie à biomasse fixée.
Ce procédé a été pratiquement abandonné en France (à partir de 1975) car il a connu de nombreuses défaillances
mécaniques et un sous-dimensionnement chronique. Par contre, ce procédé épuratoire a continué d'évoluer dans
d'autres pays et bénéfice actuellement d'une robustesse et d'une fiabilité du matériel mécanique.
Les supports de la microflore épuratrice sont des disques partiellement immergés dans l'effluent à traiter et animés
d'un mouvement de rotation lequel assure à la fois le mélange et l'aération. Lors de la phase immergée, la
biomasse absorbe la matière organique qu'elle dégrade par fermentation aérobie grâce à l'oxygène
atmosphérique.
Dès qu’il dépasse une épaisseur de quelques millimètres, le biofilm (les boues) en excédent se détache et est
entraîné vers le décanteur final où il est séparé de l’eau épurée. Les boues ainsi piégées sont automatiquement
renvoyées par pompage périodique vers l’ouvrage de tête pour y être stockées et digérées (filière classique).
La qualité de l'eau épurée est directement liée à la charge polluante appliquée par unité de temps et de surface
mouillée des disques.
Le clarificateur peut être remplacé par une lagune de finition (tout comme le décanteur-digesteur par une lagune
de décantation) et plus récemment, par des lits plantés de roseaux. Dans cette dernière configuration, il n'y a pas
de décanteur-digesteur et les lits plantés assurent à la fois la séparation entre les boues et l'eau épurée, la
déshydratation et le stockage des boues.
Cette filière est adaptée pour les petites et moyennes collectivités avec des charges de pollution à traiter
comprises entre 300 et 2 000 E.H. (Equivalent Habitants).
Il faut prévoir une surface globale de 1 à 5 m²/E.H.
DBO5 ≤ 25 à 35 mg/l
DCO ≤ 90 à 125 mg/l
MES ≤ 30 mg/l
NGL : 50 mgN/l
NTK : 15 mgN/l (si dimensionnement spécifique)
P total : efficacité médiocre de l'ordre de 25% (traitement additionnel par injection de sel de fer envisageable)
5 – Schéma de principe d'une filière classique Disques biologiques
Décanteur - Digesteur
Disques
Décanteur
Eaux traitées
Poste de relèvement
Boues secondaires
Local d’exploitation
Fiche technique 3 | Disques biologiques
Avantages
Inconvénients
- Consommation électrique faible (1 kWh/kg de DBO5
éliminé),
- Exploitation simple,
- Boues bien épaissies dans le décanteur - digesteur,
- Bonne résistance aux surcharges organiques et
hydrauliques passagères,
- Gestion des boues facilitée dans le cas d'une
combinaison avec des lits plantés de roseaux.
- Nécessité d'un personnel ayant des compétences en
électromécanique (mais fiabilité en nette progression),
- Abattement limité de l'azote en dimensionnement
classique,
- Sensibilité aux coupures d'électricité prolongées qui
entraînent un développement inégal du film biologique
entre les parties émergées et immergées (dessiccation
de la partie émergée pendant l’arrêt).
7 - Ouvrage en Seine et Marne
Meaux
Disques biologiques de Saints
Torcy
Saints
Provins
Melun
Fontainebleau
Constructeurs en Seine et Marne :
Nantaise des eaux, MSE,…
Capacité en (EH)
aux petites collectivités :
- Site du fabricant PMT
Fiche technique 3 | Disques biologiques
Filtre à sable
Janvier 2012
Ce procédé épuratoire consiste à infiltrer les eaux usées prétraitées (traitement primaire) dans un milieu granulaire
(sable) sur lequel est fixée la biomasse épuratoire.
Le prétraitement a pour fonction de retenir les graisses et d'assurer la décantation des matières en suspension
contenues dans l'effluent. Trois dispositifs (fosse toutes eaux, Décanteur-digesteur ou lagune de décantation)
peuvent être mis en place en amont des filtres, chacun avec des domaines d'utilisation spécifiques.
La filtration sur sable permet principalement d'oxyder la matière organique, de nitrifier l'azote ammoniacal
(formation de nitrates) mais aussi de réduire les germes pathogènes. L'aération est assurée par une diffusion de
l'oxygène depuis la surface des filtres et les cheminées d'aération vers les espaces poreux.
Le système d'alimentation est conçu de manière à obtenir une distribution uniforme des effluents à infiltrer sur la
totalité de la surface disponible. Généralement, la répartition est assurée à partir d'un réservoir de chasse ou d'une
pompe de relèvement.
Habituellement, le dispositif est composé de trois massifs filtrants, un en service, les deux autres au repos, avec
alternance hebdomadaire. Pour éviter tout colmatage interne du massif, il est en effet nécessaire de réguler le
développement des microorganismes épurateurs par alternance de l'alimentation des ouvrages, permettant ainsi la
régénération du filtre. Cela est obtenu par des phases de repos pendant lesquelles les microorganismes carencés
sont réduits par prédation et par dessiccation.
Le colmatage est la cause principale des défaillances des systèmes d'infiltration-percolation. Une conception
(sable siliceux avec une granulométrie spécifique) et une exploitation rigoureuses sont donc nécessaires au bon
fonctionnement d'un filtre à sable.
Cette filière est adaptée pour les petites collectivités avec des charges de pollution à traiter inférieures à 400 E.H.
(Equivalent Habitants).
La surface de filtre par E.H. est de 1,5 m² pour un filtre à surface libre et de 3 m² pour un filtre enterré. La surface
globale varie de 5 à 10 m²/E.H.
DBO5 ≤ 25 mg/l
DCO ≤ 90 mg/l
MES ≤ 30 mg/l
NTK : 10 à 20 mgN/l
NGL : 30 à 60 mgN/l
P total : globalement faible, variable suivant l'âge du dispositif (filière non adaptée au traitement de ce paramètre)
Avantages
- Excellentes performances sur la DBO5, la DCO et les
MES
- Nitrification poussée
- Décontamination bactériologique intéressante
- Gestion des boues facilitée
Inconvénients
- Peu adapté aux surcharges hydrauliques et
organiques même passagères
- Nécessité d'un ouvrage de décantation primaire
efficace
- Risque élevé de colmatage
- Sensibilité au gel assez importante
- Présence de nitrates en quantité importante au rejet
- Nécessité d'un entretien régulier
Fiche technique 4 | Filtre à sable
6 – Schéma de principe d'un filtre à sable
Poste stockage et
injection (siphon)
Eaux usées
Filtre à sable
Vue
en coupe
Eaux
traitées
Décanteur - Digesteur
Vue
du dessus
Abri
Dhuisy
Ussy-sur-Marne
Précy-sur-Marne
Meaux
Filtre enterré
Reuil-en-Brie
Quincy-Voisins
Torcy
Saints
Tournan-en-Brie
Choisy-en-Brie
Filtre à surface libre
Provins
Melun
Chalautre-la-Petite
Soisy-Bouy
Forges
Fontainebleau
Recloses
Montmachoux
La Genevraye
Diant
Capacité en (EH)
Constructeurs en seine et Marne :
Voisins, Merlin TP, SADE, EPARCO,…
aux petites collectivités
- Ministère de l’environnement | Guide des procédés extensifs d’épuration des eaux usées adaptés aux petites et
moyennes collectivités
Fiche technique 4 | Filtre à sable
Boues activées
Octobre 2011
Suite à un prétraitement permettant de retirer les sables, les graisses et les fibres, les eaux usées sont admises
dans un bassin de culture de bactéries épuratrices aérobies (en présence d’oxygène) en suspension dans l’eau.
Les bactéries se développent dans le milieu, aéré par un dispositif spécifique (turbine, brosse, insufflation d’air) et
dégradent la pollution. Les boues constituées de matières cellulaires actives sont agglomérées dans un floc.
Celles-ci sont séparées de l’eau épurée dans un second bassin, le décanteur, puis renvoyées dans le bassin
d’aération.
Le maintien de l’équilibre nécessaire entre la pollution à traiter et la quantité de biomasse nécessite l’extraction
régulière des boues en excès.
Cette filière est la plus commune en nombre de dispositifs. Elle permet d’obtenir de très bons rendements pour la
matière organique biodégradable, les matières en suspension, l’azote et le phosphore.
Le traitement de déshydratation des boues dépend étroitement de leur destination. Une étude de filière est
nécessaire en fonction de la capacité des ouvrages. De multiples solutions peuvent être développées : silo de
stockage liquide, lit de séchage, lit planté de roseaux, filtre à bande, filtre presse, centrifugeuse, séchage solaire,
séchage thermique, digestion méthanique.
- Au-delà de 1 000 Equivalents Habitants (EH) : l’exploitation et l’entretien demandent une formation adaptée à la
gestion des ouvrages de traitement.
- En deçà de 500 EH : les coûts d’exploitation deviennent prohibitifs, par rapport aux autres filières de traitement.
Pour les ouvrages de traitement : 0.5 à 2,5 m²/EH.
4 - Qualité des eaux traitées attendue pour le procédé de type boues activées
Paramètres
DBO5
MES
NTK+NO3
Normes de rejet
15 mg/l à 30 mg/l
20 mg/l à 35 mg/l
10mg/l à 15 mg/l
Paramètres
DCO
NK
P total
Normes de rejet
50 mg/l à 90 mg/l
5 mg/l à 20 mg/l
1.2 mg/l à 2 mg/l
5 - Schéma de principe de la filière boues activées
1 : Station de pompage pour débit
par temps sec
2 : Station de pompage pour débit
par temps de pluie
3 : Dégrilleur
4 : Déssableur / dégraisseur
5 : Chenal de boues activées
6 : Compresseur d’air
7 : Décanteur secondaire
8 : Station de pompage des
boues
9 : Silos à boues
10 : Bassin d’orage
11 : Bâtiment de service
12 : Débitmètre
13 : Poste de transformation
sSource : SIDERO
Fiche technique 5 | Boues activées
Avantages
- Procédé éprouvé permettant d’obtenir les
performances de traitement les plus élevées,
- Procédé adapté aux charges organiques importantes,
- Procédé adapté au traitement poussé du phosphore,
- Procédé adapté pour les réseaux séparatifs ou
unitaires associés à un bassin d’orage,
- Emprise foncière limitée.
Inconvénients
- Exploitation rigoureuse (suivi électromécanique),
- Coût d’exploitation élevé en particulier pour les petites
installations, annuellement de 4 à 8 % du coût
d’investissement,
- Formation du personnel pour l’exploitation,
- Production de boues conséquente nécessitant un
traitement adapté suivant la capacité des ouvrages,
- Coût énergétique plus élevé que pour une filière
rustique.
7 - Ouvrages en Seine-et-Marne
Il existe 211 installations de ce type en Seine-et-Marne sur un total de 287 stations d’épuration communales. Les
capacités varient de 150 à 115 000 EH.
Clarificateurs
Meaux
Torcy
Provins
Melun
Bassin d’aération
Fontainebleau
Capacité en (EH)
Constructeurs en Seine-et-Marne :
Degrémont, OTV, Ternois, F.A, MSE,
Jean Voisin,.
- Document technique du FNDAE n° 22 | Filières d'épuration adaptées aux petites collectivités
Fiche technique 5 | Boues activées
Lagunage
Octobre 2011
Le lagunage naturel est le procédé se rapprochant le plus du procédé d'autoépuration naturelle présent dans les
rivières.
Après prétraitements, les eaux usées transitent par une succession de 3 bassins peu profonds. En surface,
l'oxygène de l'air permet le développement des microorganismes aérobies (vivant en présence d'oxygène) et la
lumière favorise le développement des algues qui enrichissent également le milieu en oxygène grâce au
phénomène de photosynthèse. Les matières solides les plus lourdes décantent dans le fond des bassins et sont
transformées par des microorganismes anaérobies (vivant en absence d'oxygène). La microfaune et la flore qui se
développent, contribuent à la dégradation de la pollution organique en favorisant la formation de boues
minéralisées piégées dans le fond des ouvrages, ce qui nécessite un curage des bassins au bout d'une dizaine
d'années environ.
La qualité des rejets est conditionnée dans nos régions par les saisons puisque l'ensoleillement impacte le
développement des algues et contribue à la destruction des bactéries pathogènes.
Conseillée de 300 à 1 000 Equivalents-Habitants (EH) – possible à partir de 100 EH (de 100 à 300 EH : 2 bassins
sont suffisants) et jusqu'à 2 000 voir 3 000 EH.
Globalement : 20 m²/EH dont 10 à 15 m²/EH pour les ouvrages de traitement.
4 - Qualité des eaux traitées attendue pour le procédé de lagunage naturel
DBO5 : - *
DCO : Rdt de 60 à 80%
MES : <150 mg/l
NGL : Rdt de 60 à 70%
NK : Rdt de 60 à 70%
P total : Rdt de 60 à 70%
* : pas de valeur ni de rendement en raison du développement algal
Rdt : Rendement
5 - Schémas de principe de la filière
Fiche technique 6 | Lagunage
Le lagunage naturel conception et réalisation : les règles de l'art
(Sources : AESN et CEMAGREF)
Il existe des variantes à savoir :
- le lagunage à macrophytes : des végétaux tels que des roseaux sont implantés au sein des bassins 2 et 3. Les
performances attendues avoisinent celles du lagunage naturel, avec des contraintes d'exploitation, telles que
l'opération de faucardage annuel des macrophytes à réaliser en fin d'été par des entreprises spécialisées (risque
de détérioration des bâches ou risque de détérioration des terres compactées).
- le lagunage aéré constitué de 2 à 3 bassins avec un 1er bassin dans lequel un système d'aération
électromécanique facilite le transfert de l'oxygène dans l'eau puis les autres bassins sont des lagunes de
décantation : 1 pour des capacités inférieures à 1 000 EH ou 2, alimentés en alternance pour des capacités
supérieures à 1 000 EH. Les performances obtenues sont légèrement supérieures à celles attendues avec un
lagunage naturel.
Avantages
- Bon abattement de la pollution bactériologique
- Adapté à des effluents peu concentrés
- Accepte des variations de charge polluantes et
hydrauliques
- Très faible consommation énergétique (sauf lagunage
aéré)
- Exploitation simplifiée du procédé épuratoire
Inconvénients
- Performances épuratrices faibles.
- Réseau séparatif à bannir - risques élevés d’odeur
- Sensible aux effluents septiques et concentrés
- Emprise foncière importante
- Lutte contre les rongeurs
- Faucardage des berges des bassins
- Opérations de curage à prévoir tous les 10 ans
- Assurer l'étanchéité des bassins selon la nature du sol
- Risque d'altération du traitement avec l'apparition des
lentilles d'eau dont il faut limiter le développement
- Pas de maîtrise du processus épuratoire
Il existe 26 installations de lagunage en Seine-et-Marne sur un total de 287 stations d’épuration : 11 lagunages
naturels, un lagunage à macrophytes et 12 lagunages aérés, les autres sont des variantes, lagunage aéré ou
naturel associé à un filtre à sable ou à un filtre à macrophytes.
Forfry
Le Plessis Placy
Trocy en Multien
Villeroy
Lagunage naturel
Meaux
Mareuil
les Meaux
Villevaudé
Cocherel
Villemareuil
Vaucourtois
Aulnoy
Torcy
Pezarches
Chartronges
Chevru
Argentières
La Chapelle Iger
Saint Hilliers
Montereau
sur le Jard
Saint Ouen
en Brie
Melun
Fontains
Provins
Meigneux
Mons en Montois
Coutencon
Fontainebleau
Episy
Capacité en (EH)
Guercheville
Constructeurs en Seine-et-Marne :
Jean voisin, Merlin TP, Wangner
assainissement,…
Filtration membranaire
Octobre 2011
Cette technique est une variante au procédé des boues activées (cf.
fiche n°5).
Le réacteur, grâce à des membranes organiques avec des pores
inférieurs à 0,05 µm (ultrafiltration), filtre les boues activées et
remplace l’étape de clarification des traitements classiques (et
le traitement tertiaire éventuel).
Les membranes de filtration, qui se
présentent sous forme de plaques ou de
fibres, peuvent s’installer directement dans le
bassin biologique. Toutefois, le retour
d’expérience a montré qu’il était préférable de
les disposer dans un ouvrage indépendant.
La filtration se fait par passage de l’eau de
l’extérieur vers l’intérieur de la membrane, le
plus souvent sous l’action de la pression
atmosphérique. Des pompes de succion
peuvent être utilisées pour créer une
différence de pression (0,07 à 0,55 bars).
Comparaison des filières boues activées et filtration membranaire
(Source : DEGREMONT)
Outre ses bonnes performances sur les paramètres d’épuration (matières organiques et azotées), le procédé
membranaire permet aussi un traitement beaucoup plus poussé que la boue activée classique pour les bactéries,
et une bonne partie des virus, qui sont arrêtés par la maille des membranes, véritable barrière physique.
Cette filière constitue de ce fait une solution privilégiée en cas de rejet en milieu sensible (eaux de baignade, zone
conchylicole, irrigation), ou de surface réduite d’implantation.
En revanche, elle présente un coût d’exploitation plus élevé que les filières conventionnelles car il faut
régulièrement nettoyer les membranes (pilotage automatique) et leurs durées de vie est de l’ordre de 6 à 8 ans.
Elle est principalement adaptée pour les collectivités supérieures à 3 000 Equivalents-Habitants ayant des
contraintes particulières en termes de qualité de rejet ou de foncier.
Elle est au moins 2 fois plus faible que celle nécessaire pour les boues activées.
2
2
Pour une capacité de 4500 EH, la surface globale nécessaire est de l’ordre de 0,2 m /EH contre 0,5 à 0,7 m /EH
pour une station conçue selon un procédé classique de boues activées en aération prolongée.
4 - Qualité des eaux traitées attendue pour le procédé
Paramètres
DBO5
MES
NTK+NO3
DCO
NK
Normes de rejet
< 3 mg/l
< 2 mg/l
< 10mg/l
< 30 mg/l
< 5 mg/l
Paramètres
P total
Œufs d’Helminthe
Coliforme totaux
Coliforme fécaux
Normes de rejet
0.5 mg/l à 2 mg/l
Rétention totale
<500 UFC*/100 ml (eau de baignade)
<100 UFC*/100 ml (eau de baignade)
*UFC : Unité Formant Colonie
Fiche technique 7 | Filtration membranaire
5 - Schémas de principe de la filière par filtration membranaire
Membrane à fibre creuse
Principe des BioRéacteurs à Membranes (source : DEGREMONT)
Membrane à plaques
Principe de filtration membranaire située dans un ouvrage indépendant (source : STEREAU)
Avantages
- Compacité des ouvrages (gain de génie-civil).
- Barrière physique à la pollution physico-chimique et
bactériologique (absence de bactéries et de matières
en suspension).
- Produit modulaire et extensible.
- Fiabilité de la qualité du rejet.
Inconvénients
- Coût d’exploitation élevée.
- Maintenance importante.
- Qualification du personnel supérieure.
Il existe 2 installations de ce type, à Perthes en Gâtinais (4500 EH) et Claye-Souilly (14 000 EH), sur un total de
287 stations d’épuration en Seine-et-Marne. La future station de Fontainebleau-Avon (60 000 EH) utilisera ce
procédé.
Meaux
Filtration membranaire de
Perthes-en-Gâtinais
Claye-Souilly
Torcy
Provins
Melun
Perthes-en-Gâtinais
Fontainebleau
Capacité en (EH)
Constructeurs en Seine-et-Marne
OTV France- Nord, Franceassainissement
Biofiltres
Octobre 2011
Les biofiltres sont des réacteurs biologiques à cultures fixées immergées, dans lesquels les processus de
transformation de la matière organique sont identiques à ceux des boues activées. La biomasse est fixée sur un
matériau solide qui peut être, selon les technologies développées, soit plus lourd (argile cuit), soit plus léger que
l’eau (billes de polystyrène).
Ce procédé est apparu, en France, dans les années 80.
Une cellule de biofiltration est constituée d’un bassin garni d’un matériau filtrant, de faible granulométrie, immergé
et parfois aéré selon l’objectif d’épuration visé. Le matériau doit être de grande surface spécifique et résistant à
l’abrasion. Il doit permettre une rétention des matières en suspension pour dispenser l’usage d’un clarificateur,
mais nécessite en amont celle d’un décanteur primaire, pour limiter l’apport de matières en suspension.
Le massif filtrant se colmate progressivement par développement du biofilm de rétention des matières en
suspension. Le maintien des capacités hydrauliques et épuratoires du biofiltre nécessite des lavages réguliers et
automatisés qui génèrent des eaux chargées de boues, décrochées du matériau, constituant « les boues en
excès ».
Le lavage est réalisé avec de l’eau traitée, préalablement stockée dans des bâches spécifiques ou au dessus des
filtres.
Plusieurs biofiltres en parallèle sont nécessaire pour assurer la continuité du traitement de l’eau. Les fonctions
épuratoires (traitement du carbone, nitrification, dénitrification) peuvent être associées dans une même cellule ou
dissociées au sein d’une même station.
Filière adaptée aux grandes collectivités.
Surface globale : <0.25 m²/E.H.
4 - Qualité des eaux traitées attendue pour le procédé
Paramètres
DBO5
MES
NGL
Normes de rejet
< 15 mg/l l
< 20 mg/l
< 10 mgN/l
Paramètres
DCO
NTK
P total
Normes de rejet
< 90 mg/l
< 10mg/l
< 1 mg/l (avec traitement additionnel par injection de sel de fer)
5 - Schémas de principe de la filière par filtration membranaire
Filtre Biostyr® du constructeur OTV
Fiche technique 8 | Biofiltres
Avantages
Inconvénients
- Compacité de l’ensemble des ouvrages de
traitement facilitant l’intégration dans un bâtiment et la
mise en œuvre d’une désodorisation centralisée
- Très bonne réactivité aux variations de charge
- Technologie permettant un pilotage industriel de
l’épuration
- Production de boues primaires propice à la mise en
place d’une digestion anaérobie des boues et à la
production de biogaz
- Forte consommation énergétique
- Mauvaise aptitude de cette technologie au traitement
de l’azote global : la dénitrification poussée des
nitrates nécessite l’ajout, en cours de traitement, d’un
complément carboné (méthanol)
- Gestion très automatisée nécessitant des
compétences spécifiques
7 - Ouvrages en Seine-et-Marne en 2009
Station biofiltres
Meaux
Saint-Thibault-des-Vignes
Torcy
Provins
Melun
Dammarie-les-Lys
Fontainebleau
Capacité en (EH)
Constructeur en Seine-et-Marne : OTV
- Documentation VEOLIA
- Le procédé Biofor® de DEGREMONT
- Office International de l’Eau | Les principaux Biofiltres brevetés en France
Fiche technique 8 | Biofiltres
Direction de l’eau et de l’environnement
Hôtel du Département
77010 Melun cedex
http://eau.seine-et-marne.fr
[email protected]
Imprimerie du Département de Seine-et-Marne - Melun.

Performances des filières de traitement adaptées aux

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