Table des matieres

La plupart des normes pour les eaux réceptrices dans la Région des Caraïbes ne spécifient pas les taux de concentration qui sont autorisés pour le nitrogène et le phosphore. Par conséquent, l’élimination des substances nutritives est rarement pratiquée dans la Région. Cependant, la majorité des eaux côtières de la Région des Caraïbes ne contiennent que peu de substances nutritives. Cela signifie que toute quantité de substance nutritive déversée dans des masses d’eau enclavées, telles que les estuaires ou les baies, peut causer des problèmes d’eutrophication. Beaucoup de procédés d’élimination des substances nutritives coûtent cher, sont complexes et ne sont appropriés que pour les centres avec une forte densité de population. Cependant, ils devraient être considérés chaque fois que des effluents d’eaux résiduaires sont déversés dans des eaux réceptrices autres que l’océan. Des concentrations élevées en ammoniaque-nitrogène sont toxiques pour les poissons et les animaux et de fortes concentrations de nitrate dans l’eau potable sont toxiques pour les êtres humains et peuvent rapidement tuer les enfants en bas âge.

Les principaux critères de conception pour les procédés MLE et A²/O sont résumés dans le tableau suivant. Des critères de conception supplémentaires incluent des facteurs tels que les concentrations en oxygène dissous et la température. Les doses théoriques de précipitant pour l’élimination du phosphore soluble sont indiquées dans le deuxième tableau. Dans la pratique, les taux de dosage nécessaires à l’élimination complète du phosphore soluble sont de 50 à 100% supérieures aux doses théoriques.

EXIGENCES CHIMIQUES THEORIQUES POUR PRECIPITATIONS DE PHOSPHORE
Précipitant	Ratio du précipitant à P
Alun	9.6 : 1
Perchlorure de fer	5.2 : 1
Oxyde de calcium	2.71 : 1

Les concentrations typiques des effluents en provenance du procédé A²/O varient entre 0,2 et 5 mg/ l de phosphore total et 5 à 10 mg/ l de nitrogène total. Les concentrations moyennes sont d’environ 1 mg/l de phosphore total et 8 mg/ l de nitrogène total. Des variations de ce procédé peuvent permettre de meilleures éliminations. Le procédé MLE peut permettre des éliminations comparables du nitrogène des effluents. Les lits filtrants fluidisés et à flux ascendant (connus aussi sous le nom de filtres à dénitrification) peuvent éliminer 80 à 95% des substances nutritives affluentes. Les filtres à sable à recirculation peuvent éliminer de 40 à 75% du nitrogène affluent. Les procédés conventionnels de traitement à boue activée produisent des effluents 10 à 15 mg/ l de nitrogène total et 2 à 6 mg/ l de phosphore total, en fonction des concentrations affluantes. La précipitation chimique peut réduire le phosphore soluble à de faibles concentrations (moins de 0,1 mg/ l). Pour l’élimination complète du phosphore, le phosphore qui n’est pas inorganique se trouvant dans les matières solides en suspension des effluents doit être éliminé, typiquement par filtration.

Les procédés d’élimination des substances nutritives sont plus complexes et plus chers que le traitement secondaire. Les bassins supplémentaires et les lignes de recyclage augmentent les coûts d’investissement, de fonctionnement et d’entretien. Il est crucial que les matières solides qui sont produites dans le processus soient traitées et évacuer correctement. Grâce à la solubilisation, les procédé de digestion aérobie et anaérobie des matières solides peuvent produire de flux de liquides supplémentaires avec de très fortes concentrations en nitrogène et phosphore. Si ces écoulements additionnels sont évacuer dans les principaux flux de la station, la qualité des effluents se dégradera. Un autre désavantage est la variabilité de l’élimination du phosphore dans les systèmes biologiques. L’élimination chimique nécessite d’acheter continuellement le précipitant chimique et des coûts supplémentaires pour l’évacuation de la boue produite.

Le volume de boue produit par les procédés d’élimination biologique du nitrogène et du phosphore est égal ou inférieur à celui produit par les stations d’épuration conventionnelles à boue activée. La précipitation chimique peut augmenter d’une façon importante les quantités de boue.

Les coûts d’exploitation et d’entretien peuvent augmenter lorsque l’élimination des substances nutritives fait partie du traitement. Les coûts d’investissement comprennent la construction de bassins supplémentaires, les conduites et les pompes de recirculation. Les coûts perpétuels incluent l’entretien des systèmes d’aération, des conduites et des pompes. Les dépenses pour la précipitation chimique du phosphore peuvent augmenter d’une façon importante les coûts d’exploitation d’une station d’épuration.

La station d’épuration de Mariposa au Venezuela a été conçue pour une élimination biologique partielle des substances nutritives.

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La désinfection élimine les pathogènes des effluents traités d’eaux d’égouts. Les pathogènes sont des bactéries et des virus dangereux pour la santé des humains et qui tuent de nombreuses personnes lorsqu’ils sont présents dans l’eau potable. Les procédés courants de désinfection incluent la chloruration, la radiation par ultraviolets, l’ozonation et les lagunes de désinfection.

La radiation par ultraviolets (UV) stérilise les pathogènes en restructurant leur ADN ou leurs gênes pour empêcher leur reproduction. La radiation par UV est appliquée aux eaux d’égouts par des lampes à mercure à faible pression qui émettent 85% de leur énergie dans des longueurs d’ondes qui sont très nuisibles aux pathogènes. Typiquement, les eaux d’égouts s’écoulent dans des canaux ou des conduits avec des lampes UV submergées. Les lagunes de désinfection sont un procédé naturel d’élimination des pathogènes dans des lagunes de décantation successives. La lumière visible et la radiation des UV du soleil, la sédimentation et al mort naturelles sont les mécanismes d’élimination des pathogènes dans les lagunes.

Les effluents des eaux d’égouts qui sont évacués sous la surface du sol subissent habituellement des éliminations adéquates des pathogènes et des bactéries. Les eaux d’égouts dans les eaux de surface ne se désinfecteront pas naturellement aussi rapidement. Comme le contact des êtres humains avec des eaux à fortes concentrations de pathogènes augmente les risques d’infection, la désinfection devrait être envisagée pour toutes les évacuations dans des eaux de surface.

La chloruration est un procédé approprié à la plupart des eaux d’égouts et c’est le procédé de désinfection le plus populaire au monde. La radiation par UV est efficace, bien que son action soit réduite lorsque les effluents sont très bourbeux ou ont une forte concentration de matières solides en suspension. Le filtrage par le sable est commun avant la radiation UV. L’ozonation est un procédé de désinfection plus puissant que la chloruration, sans résidus toxiques. Il est habituellement utilisé pour désinfecter les effluents qui ont subi un traitement secondaire conséquent ou les effluents filtrés. L’ozone doit être produit à pied d’œuvre, ce qui peut revenir cher et nécessite une source d’énergie fiable. Le lagunage de désinfection est une technologie simple et un procédé qui ne nécessite pas d’entretien mais une grande surface de terrains.
CRITERES DE CONCEPTION

• La chloruration, la radiation UV et l’ozonisation sont des procédés qui exigent tous des temps de contact spécifiques entre les eaux usées et le désinfectant. Pour assurer ces temps de contact adéquats, les compartiments de désinfection doivent être conçus pour minimiser les courts-circuits hydrauliques (des flux directs et rapides entre les tuyaux d’arrivée et de sortie du compartiment).

• Pour un temps de contact d’une heure, le dosage typique de chlore est de 10 à 25 mg/ l pour les effluents des fosses septiques, de 2 à 5 mg/ l pour les effluents des traitements secondaires et de 2 à 10 mg/ l pour les effluents des filtres à sable rapides.

• Une directive alternative de dosage est de produire un résidu de chlore de 0,5 mg/ l dans les eaux d’égouts après un temps de contact de 15 minutes.

• Un mélange initialement intense devrait être utilisé.

• La radiation ultraviolette fournit une vaste quantité d’énergie et les temps de contact entre les eaux d’égouts et les lampes UV sont typiquement très courts. Un temps de contact d’une minute, ou moins, est fréquent. Ce procédé de désinfection est préféré à celui de la chlorine et de l’ozone, où la déchloruration est nécessaire avant l’évacuation.

• Les temps de détention hydraulique dans une chambre de contacteur d’ozone varient entre 30 secondes et 15 minutes, en fonction du type de contacteur utilisé.

• L’EPA a recommendé des dosages d’ozone de 5 à 15 mg/ l pour la désinfection des effluents d’eaux résiduaires.

• C’est le procédé de désinfection le plus cher.

• Le lagunage de désinfection devrait être utilisé comme un procédé de finition, une fois que la plus grande partie a été éliminée.

• Les lagunes de désinfection devraient être peu profondes pour préserver des conditions aérobie. La plupart des lagunes de désinfection ont une profondeur de 300 à 1000 mm..

• Plusieurs petites lagunes en série permettent une meilleure élimination des coliformes et des pathogènes qu’une grande lagune avec la même aire de surface totale.

• Des algues seront produites lorsque les temps de détention sont supérieurs à 2 ou 3 jours.

• L’efficacité de ce procédé dépend grandement de la présence de conditions d’ensoleillement.

Les temps de contact et les dosages recommandés qui sont fournis produisent des effluents finaux avec un taux maximum de 200 coliformes fécaux par 100 ml.

La chloruration produit de nombreux composants organiques qui ne sont pas souhaités et qui sont toxiques pour les êtres humains et la vie aquatique. Parfois, la déchloruration est nécessaire pour réduire la concentration résiduelle de chlore des effluents. Le gaz chloré est un élément hasardeux et des dispositifs de sécurité doivent être utilisés là où le gaz sera stocké. L’ozonisation est un procédé de désinfection très cher qui n’est pas actuellement communément utilisé pour la désinfection des eaux d’égouts, donc des éléments limités de données de conception et d’expérience de ce procédé sont disponibles. L’ozonisation, et dans une moindre mesure la radiation ultraviolette, devraient seulement être utilisées pour la désinfection des effluents de haute qualité. Cependant, des limons et du tartre s’accumulent sur les lampes, ce qui réduit énormément la transmission de la radiation et la capacité de désinfection ou ce qui résulte en une demande excessive d’ozone. L’accumulation des limons et l’entartrage minéral peuvent nécessiter de fréquents nettoyages des lampes UV. Le lagunage de désinfection requiert beaucoup d’espace

La chloruration est le seul des procédés de désinfection examinés dans ce rapport qui puisse produire des résidus organiques toxiques. Pour cette raison, il est souhaitable d’éliminer autant de matières organiques que possible dans les procédés de traitement précédents avant d’ajouter le chlore.

Les procédés de désinfection nécessitent le contrôle des effluents pour vérifier l’élimination des pathogènes. Les procédés de chloruration requièrent un mécanisme d’alimentation pour introduire le chlore sous sa forme liquide, gazeuse ou en comprimés. L’entretien typique inclut le remplacement des produits chimiques, l’ajustement des taux d’alimentation et l’entretien des composantes mécaniques. La plupart des systèmes de chloruration sont conçus pour un entretien minimal. La radiation ultraviolette ne nécessite que peu d’entretien, si ce n’est le nettoyage régulier et le remplacement des lampes. L’équipement de production et d’alimentation de l’ozone utilise beaucoup d’énergie et est complexe. L’EPA estime que 8 à 10 kWh sont consommés pour chaque livre d’ozone produite.

La plupart des stations d’épuration et certaines structures plus petites d’empaquetage à aération dans la Région des Caraïbes utilisent le chlore pour désinfecter leurs effluents. La radiation ultraviolette a quelques utilisations mais n’est pas communément employée. Le lagunage de désinfection a été utilisé avec succès au Venezuela.

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Les effluents des eaux résiduaires peuvent être évacués à la surface des sols, dans les sous-sols ou dans les eaux de surface, que ce soient des eaux douces ou des eaux maritimes.

Il y a des imbrications entre l’évacuation considérée à la surface des sols et l’évacuation considérée dans les sous-sols ; dans cette feuille descriptive, l’évacuation à la surface des sols se réfère à une lagune d’évaporation. Les effluents s’écoulent dans la lagune et la plupart s’évaporent. L’évacuation dans les sous-sols est l’épandage des effluents à la surface des sols, dans un lit d’absorption dans le sous-sol ou tout autre mécanisme qui éventuellement mène les effluents dans les nappes d’eau souterraines. La plupart des systèmes d’évacuation dans les sous-sols sont des systèmes d’absorption du sol. Dans la Région des Caraïbes, l’évacuation dans les eaux réceptrices se traduit généralement par l’évacuation des effluents dans les estuaires, les baies et le grand large, par une simple canalisation. Ces canalisations peuvent ne mesurer que quelques mètres ou être longues de plusieurs km.

APPLICATIONS

L’évacuation à la surface des sols est plus appropriée dans les climats secs ou arides. Une lagune d’évaporation peut fonctionner dans les zones les plus arides de la Région des Caraïbes, mais la plupart des territoires de la Région reçoivent trop d’eaux de pluie pour que les lagunes d’évaporation soient efficaces. Les systèmes d’évacuation dans les sous-sols sont fréquemment utilisés pour les systèmes de traitement à pied d'œuvre, notamment les fosses septiques. Ils peuvent aussi être utilisés pour les systèmes de traitement à haute densité, à condition que les sols soient assez perméables et qu’il n’y ait pas de risques importants de contamination des nappes d’eau souterraines. Les systèmes de traitement par les sols étant très efficaces pour l’élimination des DOB, des matières solides en suspension et des pathogènes, le traitement primaire est l’unique traitement nécessaire avant l’évacuation dans les sous-sols. Une fonction secondaire de l’évacuation souterraine (à condition qu’il y ait une distance adéquate entre le point d’évacuation et le niveau hydrostatique) est la recharge des nappes d’eau souterraine. L’évacuation dans les eaux de surface est la méthode d’évacuation des eaux résiduaires la plus commune dans les zones urbaines à forte densité. Ceci est particulièrement vrai pour la plupart des grands centres urbains des littoraux dans la Région des Caraïbes.

• L’évaporation plus la percolation doivent être supérieures ou égales aux flux d’affluences des eaux résiduaires plus les précipitations.

• Le volume des effluents d’eaux d’égouts pouvant être évacué dans une zone souterraine dépend de la perméabilité du sol et de la profondeur des nappes d’eau souterraines.

• Certains critères de conception sont fournis dans la feuille descriptive #1.

Evacuation à la surface (canalisations)

• Les canalisations sous-marines diluent les effluents des eaux d’égouts avec l’eau de mer lorsqu’ils s’écoulent hors des diffuseurs. Le taux de dilution dépend de facteurs tels que la vélocité du courant des eaux réceptrices, la vélocité te de volume des flux évacués, la profondeur des eaux réceptrices et les différences de densité entre les effluents et les eaux réceptrices. L’US EPA a élaboré des programmes informatiques pour calculer cette dilution ; ces programmes sont mis à la disposition du grand public.

• Le degré de traitement nécessaire avant l’évacuation dans les eaux de surface dépend des exigences des eaux réceptrices :

– Lorsque les effluents sont évacués au grand large dans l’océan grâce à des canalisations correctement conçues, les eaux usées peuvent être évacuées après avoir seulement reçu un traitement préliminaire ou primaire parce que la dilution réduira la concentration de pathogènes en deçà des normes de l’Organisation mondiale pour la santé (OMS).

– Dans les zones sensibles, telles que les estuaires ou les récifs coralliens, la capacité de dilution de l’océan doit réduire suffisamment les concentrations de polluants pour éviter que ces zones soient endommagées ; un traitement plus substantiel ou l’élimination des substances nutritives peut alors être nécessaires.

– Les canalisations doivent être très longues (1 à 5 km) et de préférence dans des eaux profondes pour que des courants forts puissent diluer et entraîner les déchets plus loin des côtes. Les courants de l’océan doivent être analysés dans le détail pour garantir que les déchets ne sont pas ramenés sur les terres ou dans d’autres zones sensitives. Si de courtes canalisations sont utilisées, un traitement de désinfection est adéquat pour maintenir des concentrations de pathogènes inférieures aux normes de l’OMS.

N/A

N/A

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Les contraintes de fonctionnements et d’entretien pour les systèmes d’évacuation des effluents dépendent de la qualité des effluents et du type d’évacuation. Le seul entretien qui soit nécessaire pour tous les systèmes d’évacuation des effluents est de s’assurer que les orifices d’évacuation ne sont pas bouchés avec des débris et de garantir l’entretien mécanique des pompes. Meilleure est la qualité des effluents, le moins de problèmes d’obstruction se développeront dans le système de distribution. Si l’évacuation peut se faire par flux gravitaire, l’exploitation et l’entretien sont minimes.

Dans les Caraïbes, la majorité des effluents des effluents est évacuée par des canalisations dans les rivières ou les océans. Malheureusement, dans la plupart des cas il n’y a que peu ou pas de traitement des eaux d’égouts préalablement à leur évacuation. L’évacuation souterraine est pratiquée dans toute la Région des Caraïbes, lorsque des fosses septiques sont utilisées. A la Barbade les effluents des fosses septiques sont évacués dans des puits d’une profondeur de 6m, creusés dans des formations épaisses de roches calcaires coralliennes qui recouvrent les aquifères des nappes d’eau souterraines. L’épaisseur des couches de roches coralliennes varie entre 200 et 300 pieds et agit comme un filtre naturel pour la purification des effluents. Ceci n’est cependant pas permit dans la Zone (I) des régions hydrauliques protégées, où l’eau potable est recueillie de l’aquifère. Les régions de la Zone (I) sont dimensionnées pour permettre un temps de trajet de 300 jours à travers les roches de la source aquifère. La Jamaïque pratique aussi l’évacuation souterraine des effluents. Au Venezuela, la plupart des effluents d’eaux résiduaires sont évacuées dans des rivières à proximité de la mer des Caraïbes.

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Les procédés de séparation de l’huile et de l’eau sont des procédés physiques pour éliminer les huiles flottantes, certaines huiles émulsionnées et les huiles attachées aux matières solides en suspension. Ce sont des procédés qui sont habituellement les premiers traitements que subissent les eaux résiduaires huileuses parce que les huiles flottantes peuvent empêcher l’activité biologique nécessaire au traitement secondaire et enduisent les filtres, les écrans et les pompes. Les deux types principaux de procédés pour la séparation de l’huile et de l’eau sont l’aéro flottation à solvants (DAF ; dissolved air flotation) et la séparation gravitaire et écumage de l’huile. Cette feuille descriptive traite de l’écumage de l’huile. Le procédé DAF est décrit dans la Feuille descriptive #10—Traitement Primaire.

Le procédé DAF utilise un bassin de séparation à gravité où les huiles flottent à la surface parce qu’elles sont moins denses que les eaux d’égouts tant qu’il n’y a pas d’autres objets qui interfèrent. Dans un procédé typique de séparation de l’huile et de l’eau, les eaux huileuses flottent dans un bassin et les huiles qui s’amassent à la surface de l’eau sont écumées avec un mécanisme de type semblable à une courroie ou par un tuyau aspirant.

Parfois, le produit écumé est placé dans un réservoir secondaire, où une séparation subséquente a lieu, les huiles étant passées dans un égrilloir et l’eau écumée étant prélevée par-dessous. Ceci permet une séparation presque totale.