Pourquoi une station d’épuration ?

Acheter et exploiter une installation d’assainissement autonome

Guide d’approche simple des bases biologiques et de la diversité des installations.

Préface

Les installations d’assainissement autonome constituent une partie importante de l’assainissement dans les zones rurales.  Ce guide s’adresse à tous les exploitants de microstations et apporte des aides pour le choix du produit, son achat, son installation et son exploitation. Les exploitants curieux qui veulent en savoir plus sur le traitement des eaux trouveront ici des renseignements intéressants.

Beaucoup de propriétaires se demandent pourquoi les autorités compétentes les mettent en demeure de moderniser leur installation d’assainissement individuel : la vieille fosse avait pourtant bien fonctionné jusqu’à présent. Dans le passé, on a autorisé la construction d’installations d’assainissement individuel qui avaient une capacité d’épuration insuffisante. On ne les considérait alors que comme des solutions provisoires qui ne devaient fonctionner que jusqu’à la construction du tout-à-l’égout. Au cours du temps, on s’est rendu compte que la canalisation complète des zones rurales n’était pas finançable.

Au cours des deux dernières décennies, on a développé des microstations qui répondent aux contraintes actuelles de protection de l’environnement et qui sont pour cela reconnues comme étant des solutions durables. Le droit européen exige que jusqu’en 2015 toutes les eaux superficielles et souterraines soient dans un bon état écologique et chimique.

Lorsque les autorités compétentes mettent les propriétaires en demeure de construire ou de moderniser leur installation d’assainissement autonome, il est certain qu’aucune canalisation ne sera construite à terme. Le coût de construction d’un réseau centralisé de collecte des eaux usées est en zone rurale souvent beaucoup plus élevé que celui d’un assainissement non collectif au moyen de microstations. Bien entendu, la commune ou le syndicat d’assainissement compétent doivent au préalable decider laquelle des deux solutions – autonome ou collectif – est adéquate dans chaque cas particulier. Le résultat des études est rassemblé par l’autorité compétente dans un document appelé « plan d’assainissement ».

Pour la construction et l’exploitation d’une installation d’assainissement individuel, il y a des règles et des lois qui doivent être respectées. Pour cela, vous avez besoin d’une entreprise spécialisée qui vous proposera une solution technique et qui évaluera les coûts. Assurez-vous pour le choix de l’entreprise spécialisée que celle-ci dispose de suffisamment d’expérience car il est important qu’elle soit en l’état de vous faire une proposition adaptée à votre situation particulière.

Assurez-vous également que la microstation ait un agrément.

En tant qu’exploitant d’une installation d’assainissement autonome, c’est vous qui êtes responsable de son exploitation correcte vis-à-vis des autorités compétentes. Vous trouverez dans ce guide des informations détaillées au sujet du traitement des eaux usées et des différents systèmes de traitement ainsi que des indications sur l’exploitation et la maintenance d’une microstation.

1. Les eaux usées, qu’est ce que c’est?

1.1 Quantités

La quantité d’eaux usées produites par chaque ménage dépend des habitudes des habitants. Pour dimensionner les stations d’épuration on utilise d’ordinaire la quantité d’effluent spécifique par habitant. La quantité d’effluent par habitant se situe en général entre 80 et 150 l par jour. Pour le dimensionnement des stations d’épuration, on utilise toujours le chiffre de 150 l. Des dépassements de courte durée ne provoquent pas de dysfonctionnement car il a été tenu compte de ceux-ci pour la conception de l’installation.

Seules les eaux usées d’origine domestique peuvent être traitées dans les installations d’assainissement autonome.

Les eaux de pluie ou de drainage sont appelées eaux d’apport et ne doivent pas être déversées dans les installations d’assainissement individuel. Si la nappe phréatique est très haute, il faudra s’assurer qu’il n’y ait pas d’infiltration d’eau de nappe dans les tuyaux et les regards.

On appelle microstation les stations d’épuration qui sont conçues pour traiter les eaux usées d’au maximum 50 Equivalent-Habitant (EH). Pour les stations de taille plus importante, les règles légales de contrôle sont plus strictes.

1.2 Composition des eaux usées

Les eaux usées domestiques se composent d’un mélange d’eau avec des pollutions diverses. En général, il s’agit des eaux usées issues des salles de bain, des toilettes, des cuisines et des machines à laver.

Les installations d’assainissement autonome réagissent de façon plus sensible que les stations d’épuration communales aux intrants toxiques. Dans les stations communales, l’influence de chaque intrant toxique est très réduite en raison de la forte dilution causée par la grande quantité d’eaux traitée. On appelle intrant toxique non seulement les matières solubles comme les détergents et les désinfectants mais aussi les matières solides qui doivent normalement être jetées à la poubelle. Vous trouverez en annexe une liste des principaux intrants toxiques. Lorsque l’utilisation de detergents et de désinfectants reste dans la limite de l’ordinaire, celle-ci ne pose pas de problèmes.

Pour le dimensionnement d’une installation, on ne considère pas seulement la charge hydraulique mais aussi la charge polluante. La charge polluante se compose d’une partie solide décantable et d’une partie soluble. Les matières décantables sont retenues dans le décanteur primaire et les matières solubles sont traitées dans la partie biologique de l’installation. Lorsque la concentration en matières décantables atteint une certaine limite dans le décanteur primaire, les boues primaires sont extraites par un camion de vidange et transportées jusqu’à la station d’épuration communale la plus proche où elles seront traitées. Dans la partie biologique, les matières solubles sont décomposées par des bactéries de sorte à pouvoir rejeter les eaux traitées dans le milieu naturel.

La quantité de matières solubles dépend des habitudes de vie des habitants. Les microstations sont conçues de sorte à pouvoir traiter correctement des charges variables grâce à un réglage opiné du technicien de maintenance.

1.3 Réutilisation des eaux usées traitées

En principe, rienne s’oppose à l’utilisation des eaux usées traitées pour l’irrigation. Il faut toutefois prendre en compte le fait que ces eaux ne sont pas à 100 % stériles.
Pour l’irrigation, ces eaux ne doivent pas être pulvérisées mais épandues en surface ou dans le sol. Les eaux traitées peuvent également être stérilisées au moyen d’autres procédés qui rendent alors d’autres types d’utilisation possible.

2. Pourquoi faut-il traiter les eaux usées ?

2.1 Effets sur la nappe phréatique

La nappe phréatique sert en partie au captage de l’eau potable et doit donc être particulièrement protégée. La plupart des installations d’assainissement individuel évacuent les eaux traitées dans le sol où elles s’écoulent vers la nappe phréatique. Les nappes phréatiques sont également polluées par la fertilisation agricole des sols au moyen d’engrais ou de purin car ceux-ci ne sont pas entièrement assimilés par les végétaux.

En fonction de la constitution des sols, un traitement supplémentaire peut s’effectuer le long de la ligne d’infiltration jusqu’à la nappe phréatique par le jeu de bactéries vivant dans le sol et de processus chimiques variés. Au cas où ce traitement supplémentaire est souhaité, les eaux doivent être infiltrées le plus près possible de la surface car cette couche superficielle est celle qui biologiquement est la plus active.

Les exigences sur la qualité de rejet des installations d’assainissement autonome servent à la protection des eaux naturelles et peuvent également être renforcées dans les régions particulièrement sensibles. Ces exigences sont fixées par les autorités compétentes.

2.2 Effets sur les eaux de surface

Les eaux de surface se subdivisent en eaux coulantes et en eaux stagnantes. Les eaux traitées ne peuvent être rejetées dans des eaux stagnantes que si certaines précautions sont prises. Les autorités compétentes décident des exigences de qualités de rejet en fonction de la qualité des eaux souhaitée.

Les eaux coulantes réagissent de façon particulièrement sensible en été à la surfertilisation agricole par les nitrates et le phosphore. La surfertilisation peut conduire à la
propagation massive d’algues qui en mourant provoquent un manque d’oxygène et peuvent causer des dégâts durables à l’écosystème des eaux coulantes.

3. Comment sont traitées les eaux usées ?

3.1 Processus biologiques et hydrauliques

Les eaux usées domestiques sont composées essentiellement de liaisons carbonées, azotées et phosphorées dans un certain rapport. Les liaisons carbonées forment la base organique pour la nourriture des microorganismes dans les eaux usées. Ces organismes sont déjà présents dans les eaux usées brutes (avant traitement).
Pour que le traitement biologique puisse bien se dérouler, il convient que ces organismes se multiplient de façon massive. Grâce à l’activité bactérienne, les liaisons azotées et phosphorées peuvent également être éliminées.

Les microstations se composent d’un décanteur primaire, d’un traitement biologique et d’un décanteur secondaire. Les matières solides décantables sont retenues dans le décanteur primaire, le traitement proprement parlé a lieu dans la partie de traitement biologique et les boues biologiques sont retenues dans le décanteur secondaire.

En raison de la diversité des matières composant les eaux usées, on trouve dans celles-ci des microorganismes variés. Il est évident qu’il ne faut pas détruire cet équilibre de la biomasse vivante par un rejet de matières toxiques. Bien entendu, cela dépend en particulier de la quantité de matières toxiques rejetées. C’est la raison pour laquelle il convient de n’acheter que des produits de nettoyage biodégradables. Ces produits, utilisés en quantité normale, ne posent pas de problèmes.

Tous les processus biologiques et chimiques du traitement des eaux usées se déroulent également dans la nature sans la participation de l’homme. Des microorganismes de différente nature se nourrissent de déchets et font partie à par entière de la chaine alimentaire. À la fin, il ne reste plus que des matières minérales.

Il y a environ 130 ans, c’est la nature qui a servi de modèle pour le développement des stations d’épuration. Le but était alors de traiter les eaux usées dans le plus petit volume et le temps le plus court possibles de sorte à pouvoir les rejeter sans scrupules dans le milieu naturel. Par la suite, d’importants progrès techniques ont eu lieu dans le domaine des stations d’épuration de sorte qu’aujourd’hui on trouve sur le marché des produits éprouvés et sûrs.

3.2 Stations d’épuration communales

On distingue les stations d’épurations communales des stations d’épuration privées. Les stations d’épuration communales traitent les eaux usées collectées par le système de
tout-à-l’égout. Elles sont contrôlées par les autorités compétentes et régulièrement mises au goût du jour. Les coûts d’entretien du réseau et de traitement des eaux usées sont répartis entre les particuliers raccordés. Ces stations d’épuration sont généralement des installations à boues activées (voir plus loin). Celles-ci sont de taille relativement réduite et ont un grand rendement épuratoire. Elles ne provoquent pratiquement plus de nuisances olfactives. En y mettant les moyens appropriés, il est possible d’atteindre le niveau de qualité correspondant à celui des eaux de baignade. Les stations d’épuration communales qui traitent ensemble les eaux pluviales et les eaux usées rejettent lors de grosses pluies une partie des eaux usées non traitées. Les eaux usées traitées sont en général rejetées dans de grand cours d’eau.

Pour les particuliers qui ne sont pas raccordés par un réseau à une station d’épuration communale, il se pose la question de savoir si cela arrivera dans un délai connu ou si le raccordement n’est pas prévu. La commune doit avoir un plan d’assainissement qui indique si et quand un raccordement au tout-à-l’égout est prévu. Ce plan est élaboré en collaboration avec les institutions régionales.
Ce plan est fait sur la base d’une comparaison des coûts des différentes alternatives pour la collecte des eaux usées et de l’examen de la possibilité d’un assainissement non collectif. Les arguments d’ordre économique jouent ici en général un rôle primordial.

3.3 Stations d’épuration privées

On appelle installation d’assainissement autonome (ou individuel) les stations d’épuration privées de traitement des eaux usées domestiques qui sont produites sur le terrain d’un
particulier. Le rejet des eaux traitées se fait en général par infiltration sur la parcelle. C’est le propriétaire de la parcelle qui est responsable du traitement correct des eaux usées et de leur rejet.

Depuis que les installations d’assainissement autonome ne sont plus considérées comme des solutions provisoires en attendant le raccordement au réseau mais comme des solutions durables, le progrès technique a amené à une grande diversité de systèmes. Le propriétaire ne doit plus seulement choisir le système technique adapté à sa situation particulière mais aussi le fabricant. Il y a souvent plusieurs fabricants d’un même système dont les différences techniques ne sont pas simples à détecter.

Les microstations fabriquées en série doivent avoir un agrément et être marquées CE. Les installations diffèrent de par leur capacité de traitement et par les coûts énergétiques. La facilité d’entretien et la durabilité sont également des facteurs ce choix de l’installation. Ces sujets seront traités plus tard de façon plus approfondie.

4. Quels sont les différents types d’installation ?

On distingue les procédés naturels et les procédés techniques.

Les procédés naturels utilisent le sol pour le traitement biologique des eaux usées. Parmi ceux-ci, on compte les filtres à sable plantés (filtres à roseaux), les filtres à sable et les lacs de lagunage. L’encombrement au sol de ses technologies est relativement important.

Dans les installations d’assainissement autonome de type technique (microstation) le traitement des eaux usées se fait par l’intermédiaire de machines qui sont montées dans une ou plusieurs cuves. Le fonctionnement automatique est réglé par une commande électrique.

Parmi les micro-stations, on distingue les installations à culture fixée des installations à culture libre. Dans les installations à culture fixée, la biomasse est accrochée sur un support qui est soit immergé en permanence ou sur lequel les eaux s’écoulent. On appelle également ce film biologique biofilm. La biomasse des installations à culture libre est constituée de flocs de boues qui sont en suspension dans l’eau. La plupart des stations d’épuration communales fonctionnent de cette façon. Dans les deux cas, un apport d’oxygène pour la respiration des bactéries ainsi que les éléments nutritifs contenus dans les eaux usées sont nécessaires à la survie de la biomasse.

Tous ces systèmes ont besoin d’un décanteur primaire pour stocker les boues provenant des eaux usées ainsi que la biomasse morte issue du processus biologique. La vidange des boues s’effectue en général selon les besoins au regard de la quantité de boues stockée. La quantité de boues est mesurée par le technicien de maintenance. Les eaux issues du décanteur primaire qui sont rejetées dans la partie de traitement biologique ne doivent plus contenir de matières solides de grosse taille. À cet effet, la sortie du décanteur primaire est généralement munie d’un tube plongeur qui permet de laisser sortir seulement les eaux issues du tiers supérieur. Si la vidange est effectuée à temps, ni les boues flottantes ni les boues sédimentées n’atteindront la partie de traitement biologique.

Il faut s’assurer que dans toutes les cuves d’une microstation l’aération naturelle fonctionne correctement. Les tuyaux d’aération et les ouvertures d’aération des tampons ne doivent pas être fermés. Si ces règles ne sont pas respectées, les cuves en béton risquent la corrosion et le traitement biologique en sera influencé de façon négative.

Si une fosse septique ou toutes eaux est déjà existante, certains systèmes permettent un équipement après coup avec une installation technique. Dans ce cas, il est impératif que les cuves soient dans un état mécanique acceptable et répondent aux normes en vigueur.

4.2 Filtres à sable plantés

Dans la plupart des installations, l’eau s’écoule de haut en bas dans le filtre. Les microorganismes qui forment un film biologique sur le granulat sont à l’origine du traitement des eaux usées. Les racines des plantes sont responsables de la bonne aération du sol.

Caractéristiques :

Les tuyaux d’épandage sont alimentés par à coups depuis une station de pompage. Des drains posés dans la partie inférieure du filtre collectent les eaux clarifiées.

Dans le cas d’un terrain en pente, le rejet des eaux clarifiées peut se faire par système gravitaire. Sinon, les eaux devront être évacuées au moyen d’une station de relevage.

Conseils:

Assurez-vous que l’épaisseur de la feuille plastique ait une épaisseur d’au moins 1 mm. Il est très important de respecter la granulométrie conseillée pour les sables utilisés pour garantir le bon fonctionnement et la longévité de l’installation.
Les tuyaux perforés dans la partie supérieure du filtre doivent se vider complètement après chaque alimentation pour éviter les dégâts dus au gel en hiver. Pour pouvoir se rendre compte d’un remous dans la canalisation d’entrée, il est nécessaire d’installer une alarme acoustique qui signale toute panne de la pompe d’alimentation. Le bon fonctionnement du décanteur primaire est
particulièrement important pour éviter toute panne de la pompe d’alimentation et tout colmatage du filtre.

Si les tuyaux d’épandage sont posés directement en surface du filtre, il est possible que cela provoque des nuisances olfactives. Dans le cas où l’installation n’est plus en service ou d’un échange du matériau filtrant, il faudra avant la mise en décharge effectuer des analyses pour contrôler les concentrations en matières toxiques.

Contrôles :

Une opération d’entretien devra être effectuée au moins une fois par an par une entreprise spécialisée. Il est possible que pendant les mois d’été les plantes meurent si le filtre n’est pas alimenté en eaux usées pendant une longue période. A la fin de l’automne, il faudra couper les roseaux pour que la végétation puisse bien reprendre au printemps suivant.

Filtre à sable planté

Entrée          Décanteur primaire                     Filtre planté                 Station de relevage    Sortie

4.3 Lit bactérien

Les installations à lit bactérien ont une longue tradition et sont connus depuis une trentaine d’années. La taille des cuves nécessaires et leur profondeur de montage sont en
comparaison des autres systèmes relativement importantes. L’équipement technique se compose de 2 ou 3 pompes et de 1 ou 2 interrupteurs à flotteur.
Les installations à lit bactérien font partie des systèmes qui utilisent pour le traitement des eaux un film biologique.

Caractéristiques:

Les matériaux de garnissage utilisés comme support pour le film biologique sont en général des pierres de lave (pouzzolane) ou des matières plastiques. Ils ne sont pas immergés :
les eaux ruissellent sur eux. Les matériaux de garnissage sont posés sur une grille  Les eaux issues du décanteur primaire alimentent de façon homogène toute la surface par l’intermédiaire d’un système de distributions (par exemple par gouttières).
Pour obtenir une meilleure répartition, les eaux sont apportées par à-coup. Cela se fait généralement au moyen d’une rigole basculante qui lorsqu’elle est remplie d’eau se déverse d’un coup dans les gouttières. Les eaux après avoir ruisselé sur les matériaux de garnissage sont collectées et renvoyées dans le décanteur secondaire par l’intermédiaire d’une pompe. Une partie des eaux du décanteur secondaire sont renvoyées vers le décanteur primaire et le cycle reprend de nouveau. Comme la pompe est posée sur le fond du décanteur secondaire, les boues en excès qui se sont décollées du film biologique sont également acheminées vers le décanteur primaire. Le surplus d’eaux quitte en tant qu’eaux clarifiées le décanteur secondaire. Certaines installations renvoient une partie des eaux après ruissellement directement sur la surface du lit bactérien au moyen de buses de pulvérisation.

Conseils :

Il est impératif qu’aucune matière solide de grosse taille ni de boues issues du décanteur primaire ne se déversent sur le lit bactérien. Il y a colmatage lorsque des flaques se forment à la surface du lit bactérien. Comme la biomasse a besoin d’apport d’oxygène pour sa survie, un colmatage peut être à l’origine d’un processus de putréfaction et de dépérissement de la biomasse. Une alimentation optimale en eaux usées sur toute la surface du lit est particulièrement importante car la survie de la biomasse fixée sur les matériaux de garnissage dépend d’un apport régulier en matières nutritives. Pour s’assurer d’un apport suffisant en oxygène du film biologique, l’aération naturelle doit être garantie dans toutes les parties du lit bactérien. Des boues peuvent s’accumuler sous le lit bactérien, elles devront être au besoin retirées par le technicien de maintenance.

Contrôles :

L’exploitant doit contrôler chaque mois le bon fonctionnement du système d’alimentation par gouttières et s’assurer que des matières solides issues du décanteur primaire ne se déversent pas sur le lit bactérien. Les contrôles imposés par les autorités compétentes doivent être réalisés.

Lit bactérien

Entrée    Décanteur primaire                           Lit bactérien             Décanteur
secondaire   Sortie

4.4 Installations à cultures fixées immergées

Il s’agit ici d’installations dont le film biologique se trouve en permanence immergé. L’air comprimé nécessaire est produit par un compresseur et insufflé au moyen de diffuseurs fines bulles dans le lit fixe (support du film biologique). Le compresseur est installé soit dans un bâtiment soit dans une armoire extérieure.

Caractéristiques :

Les matériaux utilisés comme support pour le film biologique sont des tubes grillagés ou des blocs en plastique ayant une structure lamelliforme sur lesquelles le film biologique peut se développer. La quantité de film biologique dépend de la taille de la surface qui peut être recouverte. La taille de la surface d’accrochage détermine le volume de la cuve. Une réduction du volume nécessaire de la cuve par une plus grande surface spécifique d’accrochage entraine une réduction des interstices du matériau de support. Pour le choix du matériau de support, il faudra s’assurer que les interstices ne soient pas trop petits car dans ce cas le film biologique pourrait les colmater.

Les eaux usées alimentent par gravitation  après passage dans le décanteur primaire le réacteur biologique. Des diffuseurs fines bulles sont placés en dessous des blocs du matériau de support. L’air comprimé traverse le matériau de support et entraine avec lui une partie de l’eau vers le haut. Le film biologique est alimenté de cette sorte en matières nutritives et en oxygène. L’eau s’écoule ensuite sur les bords du bloc vers le bas de sorte qu’il se forme un courant cylindrique. Le déplacement de l’air sert également à ce que la biomasse ne bouche pas les espaces libres. Les eaux clarifiées s’écoulent alors vers le décanteur secondaire où la biomasse dépérie est retenue. Un air-lift renvoie alors ces boues dans le décanteur primaire.

Conseils :

Il faut s’assurer qu’aucune matière solide de grosse taille ne se déverse depuis le décanteur primaire dans le réacteur biologique car celles-ci obturent à la longue le support d’accrochage. Le courant cylindrique ne peut plus se former et le matériau se colmate alors complètement. Le film biologique se dégrade et l’installation ne fonctionne plus. Pour rétablir le bon fonctionnement de l’installation, il faut alors en général démonter le support d’accrochage, le nettoyer et le remonter. Cela nécessite un travail très important. Si le système d’aération
est dimensionné de façon trop petite ou si l’installation est mise hors service pendant un certain temps, les espaces libres peuvent être colmatés par la biomasse. Là aussi, un nettoyage fastidieux devient nécessaire.

Contrôles :

L’exploitant doit s’assurer qu’aucune matière solide ne quitte le décanteur primaire. La bonne circulation de l’eau à travers le lit fixe doit également être contrôlée. Pour cela, on peut observer la modification éventuelle de la répartition des bulles à la surface. Les causes d’une mauvaise circulation sont diverses : matières solides en provenance du décanteur primaire, vieillissement der diffuseurs fines bulles ou usure du compresseur. Les contrôles imposés par les autorités compétentes doivent être effectués.

Installation à cultures fixées immergées

Entrée       Décanteur primaire                            Lit fixe                Décanteur secondaire    Sortie

4.5 Installations à lit fluidisé

Dans ce type d’installations, le film biologique est certes complètement immergé mais il n’est pas installé de façon fixe comme dans les installations à lit fixé. On utilise comme support des matériaux plastiques dont la densité est proche de celle de l’eau. L’air comprimé nécessaire est produit par un compresseur et insufflé dans le réacteur biologique par l’interm