Réglage de l'aération pour la lutte contre le foisonnement et l'optimisation des processus de nitrification et dénitrification des eaux résiduaires urbaines

Résumé du document

Les stations d'épuration à boue activée, en aération prolongée, sont les plus répandues en France pour traiter les eaux usées. Bien que les performances épuratoires et la fiabilité de ce procédé soient éprouvées, plusieurs types de dysfonctionnement peuvent apparaître, et notamment au niveau de l'élimination de l'azote, étape clé du traitement des eaux usées. De plus, certains ouvrages sont également sensibles au phénomène de foisonnement des boues.
Dans la station de Grange David de Tours, l'azote contenu dans les eaux usées urbaines est essentiellement traité par voie biologique. L'épuration est basée sur l'utilisation du procédé de boues activées. Ce processus consiste à maintenir en suspension plusieurs types de bactéries dans un bassin d'aération alimenté par les eaux urbaines.
La dégradation de la matière organique engendre la formation de nitrates, espèces polluantes à trop forte concentration. Au sein de la station, le seuil de rejet est fixé à 5 mg/L d'eau épurée. Le contrôle de la filière eau est donc essentiel pour vérifier l'adéquation entre les concentrations en nitrates dans les eaux épurées et la réglementation. Ceci sera gage de la remise sur le réseau d'une eau non polluée.
Le foisonnement des boues est le second phénomène qui peut réduire considérablement l'efficacité de processus épuratoire d'une station. Des bactéries filamenteuses vont alors se développer dans les bassins de sédimentation, pour donner naissance à des flocs souvent légers et visqueux qui ne sédimentent pas et bloquent alors l'oxygénation et la pénétration des rayons UV essentielle à la pérennité du processus.
Ainsi, au sein des stations d'épurations, il est essentiel de mettre en place des indicateurs de performance et d'analyser les différents paramètres de contrôle pour s'assurer de la bonne maîtrise du procédé. De plus, en cas d'anomalies, il sera essentiel de prendre des décisions rapides pour stabiliser le processus.
De ce fait, et face à une réglementation de plus en plus stricte en termes de rejets, une problématique pouvant être posée est : « comment maîtriser les phénomènes de nitrification et de dénitrification de manière à obtenir un niveau poussé de l'élimination de l'azote global ? ». Il est donc essentiel de répondre à deux autres questions, « comment solutionner » et « comment détecter un problème du foisonnement et quelle stratégie appliquer pour y mettre fin ? ». Dans cette étude, l'approche mise en place a consisté à réguler les phases d'aération et à contrôler son efficacité, action qui a permis de satisfaire les objectifs fixés à savoir stopper le foisonnement et diminuer la quantité d'azote globale rejetée.
D'autre part, devant la prise de conscience de l'urgence écologique et pour répondre aux réglementations environnementales européennes, un deuxième point important relatif au processus épuratoire est de développer des procédés de valorisation des déchets. Ainsi, le premier aspect de ce travail a été d'évaluer la place des boues au sein des déchets valorisables et de répondre à la problématique suivante : dans quelle mesure la gestion durable de la boue d'épuration apporte une réponse nécessaire aux enjeux de développement durable amorcée par l'action gouvernementale et européenne ?