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EVOLUTION DES TECHNIQUES EPURATOIRES BIOLOGIQUES INTENSIVES


Nous présentons ici un historique fondamental de l'évolution technologique de l'assainissement des eaux usées domestiques par procédé biologique.
Le présent développement a pour objet de bien souligner les différences entre les filières et les procédés présents sur le marché et de comprendre ainsi l'intérêt et la raison des techniques épuratoires de dernière génération. Globalement, il faut retenir que chaque technique épuratoire a été élaborée et développée dans un but technico- économique correspondant aux exigences et contraintes de son époque. Il est généralement observé que toute technique dérivant d'un principe de base, en d'autres termes tout caractère adap¬tatif par rapport à une technique de base, ne présente généralement que peu d'intérêt technique et/ou économique lorsque le seul but économique a été recherché.


LA FOSSE SEPTIQUE


D'une manière empirique, l'homme a découvert que l'eau usée domestique séjournant dans une cuve en ressortait « moins mauvaise » qu'en y entrant. Ainsi, on peut situer l'appari¬tion de ce dispositif d'assainissement dès l'époque romaine, sans que pour autant son fonctionnement soit identifié, mesuré et compris.
Ce n'est que bien plus tard que les scientifiques en ont déterminé les fonctionnements, évalué les performances et lui ont donné un nom : la digestion bactérienne.
En absence d'oxygénation, nous parlerons de filière anaérobie (c'est-à-dire d'un milieu sans oxygène). Les performances de ce dispositif varient de 15 à 35 % d'abattement selon les fabricants. C'est la fosse « septique> ou la fosse « toutes eaux » que nous développerons plus loin, qui constitue, aujourd'hui, seulement un prétraitement.


LA BOUE ACTIVEE


La grande découverte scientifique en matière de digestion biologique a été l'oxygénation.

 

Les scientifiques ont en effet décou­vert que la même bactérie, placée en milieu hydraulique oxygéné, avait une performance épuratoire nettement supérieure. Ils ont dès lors procédé à l'oxygénation du bassin alimenté en eaux usées.

Nous parlerons dans ce cas de filière aérobie (c'est-à-dire d'un milieu qui contient de l'oxygène) ; c'est la phase de développement scientifique la plus importante dans le domaine de l'assai­nissement par digestion bactérienne. Cette étape est indispensable pour atteindre les performances épuratoires exigées aujourd'hui.

Différentes techniques d'oxygénation sont apparues. Citons les principales, qui sont encore en application aujourd'hui :

  • le simple échange de surface air/eau :

-      de grandes surfaces sont néces­saires pour procéder à l'oxygénation,

-      la performance d'échange reste faible ;

  • le jet d'eau type fontaine ;
  • le brassage de l'eau par agitateurs... L'oxygénation forcée, par injection d'air ou par microbullage reste la technique la plus performante et la plus avancée.

LE FILTRE BACTÉRIEN (OU LIT BACTÉRIEN)

L'observation scientifique a montré que la bactérie cherchait toujours à se fixer sur un support. À défaut, elle s'agglo­mère en flocs comme dans la filière « boue activée » citée précédemment. Le caractère novateur est ici d'ajouter dans les bassins de digestion aérobie des supports généralement appelés « lits bactériens ». Ils ont de larges sur­faces développées permettant de mul­tiplier le nombre de bactéries dans un même volume d'eau.

Nous sommes ici dans la première génération des dispositifs à culture fixée intensifs, apparus voici plus d'un siècle en Grande-Bretagne.

Cette filière a fait l'objet de nombreuses adaptations technologiques au fil du temps. La pierre de lave, d'une structure poreuse comme une éponge, est géné­ralement utilisée pour ce type de disposi­tif, ou d'autres supports naturels comme la pouzzolane. Des supports synthé­tiques de toutes natures ont suivi.

Cette filière est intéressante par l'évo­lution technologique qu'elle apporte ; elle présente cependant des lacunes conceptuelles

- obstruction des supports par la biomasse ;

- difficulté ou insuffisance d'oxygénation ;

génération à terme de circuits hydrau­liques préférentiels conduisant à une mauvaise répartition hydraulique sur les supports...

Elle a tendance aujourd'hui à disparaître du marché, tout au moins dans les pays nord-européens.


LE BIODISQUE


Cette filière se situe à mi-chemin entre le filtre bactérien et la culture fixée immergée aérobie. Elle est généralement utilisée pour des stations de taille moyenne et n'est pas adaptée pour les habita¬tions individuelles.
Selon le CEMAGREF (FNDAE n° 22), elle est en forte régression en France depuis les années 1975, à la suite de nombreuses défaillances mécaniques et d'un sous-dimensionnement chro¬nique. Le fait que les techniques d'épuration liées à cette filière n'ont pas suffisamment évolué a certainement joué un rôle dans son déclin. Une surveillance importante est néces¬saire sur ce type d'installation, car l'arrêt de l'installation peut générer un balourd constitué d'une biomasse développée en partie immergée et d'une biomasse en réduction sur la partie demi-sphé- rique non immergée. En effet, extraite du contact avec les nutriments (c'est-à- dire les eaux usées), la biomasse s'au-todigère après une période de 7 jours de carence d'alimentation.


LA CULTURE FIXEE IMMERGÉE AÉROBIE


Le principe du lit bactérien est certainement excellent et devait être retenu.
Il fallait cependant concevoir une filière épuratoire qui permette d'éliminer les inconvénients rencontrés et décrits ci- dessus, plus particulièrement pour les toutes petites installations, sujettes à de fortes variations de charges. Comme il s'agit d'habitations individuelles, et donc d'utilisateurs privés moins avisés des techniques épuratoires et des équi¬pements nécessaires, il fallait aussi pré¬voir des dispositifs requérant le moins de surveillance et de maintenance possible pour l'usager.
Différentes innovations technologiques ont été apportées afin d'optimaliser la filière. La notion de « lit fixe » est ainsi apparue pour désigner le support bac¬térien immobile.
Cette filière présente les caractéristiques essentielles suivantes :
•    l'immersion du lit bactérien pour avoir un contact permanent entre l'eau usée et l'ensemble de la bio¬masse disponible. Le temps de rétention de l'eau dans l'ouvrage sera alors réduit et, par conséquent, la taille de la station sera réduite ;
•    le design d'un support écartant le risque de colmatage (voir chapitre 12 p. 76, sur la norme NF EN 12255-7) des supports bactériens. Il exige :
•    une surface spécifique maximale des supports de 100 m2/m3 ;
•    de larges ouvertures des structures permettant une vaste circulation de l'eau à travers les supports ;


le design d'un support permettant de répartir la biomasse sur toute la surface disponible ; une oxygénation optimalisée.

Pour assurer un meilleur échange et un meilleur contact entre l'eau usée et la biomasse, certains dispositifs sur le marché présentent, de surcroît, une mise en convection de l'eau usée à travers le support.

 

Ainsi, est apparue la dernière généra­tion des systèmes d'assainissement d'eau usée : l'assainissement auto­nome par digestion bactérienne immergée aérobie.