C. — Épuration du sewage

1° Définition de T épuration et contrôle de V efficacité des procédés. — Le Conseil supérieur d’Hygiène publique de France a formulé, en 1933, des instructions qui doivent servir de guide.

Tout d’abord, que doit-on rechercher dans l’épuration des eaux d’égout? On admet que l’épuration est satisfaisante et que l’eau traitée peut être évacuée, sans inconvénients, quand elle ne renferme aucune matière en suspension susceptible de déposer sur les bords ou dans les rivières, ni aucune matière en solution , capable soit de fermenter en dégageant des gaz nauséabonds, soit d’intoxiquer les êtres vivants, animaux ou végétaux, soit de permettre la pullulation ou la conservation prolongée des germes.

Pour être rejeté sans danger dans une rivière, un effluent doit répondre aux conditions suivantes :

1° Ne pas contenir plus de 30 milligrammes par litre de matières en suspension, dont vingt de matières organiques et dix de matières minérales.

2° N’être plus sensiblement putrescible. Cette putrescibilité est jugée par l’affinité de l’eau usée pour l’oxygène, emprunté au permanganate de potasse en trois minutes, avant et après une incubation de sept jours à + 30 degrés. Avant l’incubation, les corps réducteurs sont constitués surtout par des sulfures, nitrites, sulfates ferreux, phénols, etc. Si l’eau contient des composés organiques putrescibles, ceux-ci donneront naissance, pendant le séjour à l’étuve, à des dérivés avides d’oxygène : la réduction sera donc plus forte, après l’incubation.

Les eaux seront déclarées non putrescibles si elles réduisent également le permanganate avant et après l’épreuve, et si elles ne dégagent, avant et après ni ammoniaque, ni odeur putride.

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3° Ne renfermer aucune substance chimique susceptible d’intoxiquer les poissons ou de nuire aux hommes et animaux qui emprunteraient à la rivière leur eau d’alimentation.

4° L’eau épurée décantée ne devra pas absorber, en cinq jours à + 18 degrés plus de 40 milligrammes d’oxygène dissous par litre.

La réalisation pratique de l’épuration a donné lieu à un grand nombre de recherches et a fait naître un grand- nombre de procédés qu’on peut classer en trois catégories.

2° Procédés physico= chimiques . — a) Décantation. — Le

procédé purement physique de la décantation consiste à dépouiller, par sédimentation, les eaux d’égout de la majeure partie des matières en suspension dont elles sont chargées. Cette méthode n’aboutit, en réalité, qu’à une clarification assez grossière; les eaux traitées restent riches en matières organiques putrescibles et doi cent être largement diluées pour cesser d’offrir de graves inconvénients.

Les boues qui en proviennent, comme d’ailleurs celles qui proviennent des installations d’épuration biologique, de boues activées, etc. (voir plus loin), constituent un problème difficile à résoudre , au point de vue de leur évacuation et de leur traitement. Les difficultés résident dans leur volume et leur richesse en eau (90 à 97 p. 100).

Le déversement à la mer , par l’intermédiaire de navires ou de chalands spéciaux, est préféré partout où il est possible (Londres, Manchester, Glascow, Dublin, Salford, etc.).

On peut les enfouir dans le sol, mais ce procédé exige des surfaces et des frais de main-d’œuvre considérables.

La compression des boues , sous forme de tourteaux , permet dans certains cas de s’en débarrasser. Pour passer les boues aux filtres-presses, on les additionne généralement de 0,5 à 1 p. 100 de chaux, sous forme de lait. Dans certaines régions, on a préféré la dessiccation à l’air , en lagunes. On creuse simplement dans le sol un bassin dont le fond, drainé par des tuyaux, est garni d’une couche plus ou moins épaisse de mâchefer. Les boues liquides y sont déversées et y restent jusqu’à ce qu’elles soient suffisamment sèches, pour être manipulées à la pelle, ce qui nécessite deux à six mois, suivant le temps et la profondeur de la masse. Ces étangs de boue dégagent pendant longtemps des odeurs désagréables et constituent un danger pour les travailleurs.

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li utilisation agricole des boues, lorsque celles-ci sont produites en grande quantité, est très difficile au voisinage des villes et leur tiansport au loin est très onéreux.

Les expériences faites en Angleterre ont montré que les boues constituent un engrais moins bon qu’on pourrait le croire au premier abord, et leur épandage a de graves inconvénients hygiéniques (voir p. 392).

Les tentatives d 'incinération ou de déshydratation ont échoué, soit à cause des frais que nécessite la dessiccation préalable, soit parce qu’on a voulu traiter directement les boues humides, contenant environ 90 p. 100 d’eau.

Signalons les essais d’extraction des boues de substances utilisables effectuées à Bradford, à Gassel, etc., qui n’ont qu’une application très limitée.

La digestion des boues est le procédé vers lequel on s’oriente actuellement. Des digesteurs (fosse Imhoff, puits Emscher, etc.), réalisent une désintégration des boues avec production de grandes quantités de gaz renfermant jusqu’à 80 p. 100 de méthane, qui, comme on sait a une grande puissance carburante (7 000 calories par m3) qu’on peut utiliser. C’est la solution de l’avenir.

b) Élimination par précipitation chimique. — Ce procédé consiste à ajouter, à l’eau d’égout, une ou plusieurs substances chimiques, donnant naissance à un précipité plus lourd que les matières en suspension; celles-ci sont englobées et entraînées par le précipité; il se fait une clarification et une sédimentation plus promptes et plus complètes. Les principales substances sont le sulfate de fer, le sulfate d’alumine et la chaux.

3° Épuration biologique naturelle. — Depuis des siècles, on connaissait les propriétés fertilisantes des eaux d’égout; on les utilisait sur des centaines d’hectares dans les Mar cites de Milan et dans les Huertas de Valence, célèbres par leur fécondité (jusqu’à six coupes de fourrage par an).

a) L’épuration par le sol. Microbes nitrificateurs. — La fonction épurante du sol, c’est-à-dire la faculté qu’il possède de déstinégrer la matière organique, par étapes successives, jusqu’à la minéralisation complète, ne nous est connue que depuis les célèbres expériences de Schlœsing et Muntz, en 1878.

Ces savants faisaient couler de l’eau d’égout à travers de longs

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tubes, chargés de sable quartzeux mélangé de chaux et obtenaient des nitrifications très énergiques. Mais, les transformations ne s’effectuaient plus si la terre était préalablement stérilisée par chauffage à 110 degrés, ou si l’eau d’égout était additionnée de chloroforme ou de sulfure de carbone; lorsque ces corps étaient volatilisés, la nitrification reprenait. La nitrification était donc sous la dépendance de germes vivants.

Plus tard, Winogradsky, Omeliansky isolent les microbes nitrificateurs et les cultivent. Ces savants montrent que ces microbes sont aérobies, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent vivre et oxyder l’ammoniaque qu’à la faveur de l’oxygène atmosphérique, dans les couches superficielles du sol.

Nous savons aujourd’hui qu’il existe de nombreuses espèces de ferments nitrificateurs, les unes prenant l’ammoniaque pour le transformer en azote nitreux ou en nitrites , les autres s’emparant de ces nitrites, pour en faire de l’acide nitrique, des nitrates , dernier terme de la minéralisation de la matière organique azotée.

Nous savons aussi qu’à côté de ces ferments nitrificateurs , il y a dans le sol, surtout dans les couches profondes, plus difficilement accessibles à l’air, des microbes anaérobies , capables d’emprunter aux nitrates l’oxygène dont ils ont besoin pour assurer leur existence. Ces microbes dénitrificateurs jouent un rôle important dans l’épandage des eaux d’égout. S’ils se multiplient en abondance, comme il arrive dans les terrains compacts ou colmatés ou mal drainés, les nitrates sont détruits, au fur et à mesure de leur formation, il n’en reste plus assez pour les besoins des plantes.

La nitrification est donc un phénomène de vie microbienne aérobie, la dénitrification un phénomène de vie microbienne anaérobie.

Ces faits nous permettent de comprendre le processus d'épuration des eaux d’égout dans le sol. Il s’accomplit en deux étapes : 1° fixation de la matière organique par adhérence capillaire, sur les particules poreuses de l’humus et des autres matériaux, constituant la terre arable; 2° oxydation aboutissant, soit à la nitrification d’une partie de la matière organique fixée, soit à la dénitrification ou à la désintégration en produits gazeux (azote, gaz carbonique, hydrogène) de l’autre partie de la matière fixée.

Tous les sols ne réalisent pas au même degré les conditions multiples que nécessitent les deux phénomènes pour s’accomplir : pouvoir fixateur, capacité de rétention pour l’eau, porosité ou perméa-

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bilité à l’air. Il existe, entre les différents sols, d’énormes variations dans leur aptitude à épurer les eaux d’égout.

b) Épandage. - — L’épandage est Y irrigation du sol par les eaux d'égout avec utilisation agricole. On confie donc au sol le soin d’épurer les eaux d’égout et on utilise en même temps pour la culture une partie des engrais qu’elles contiennent.

Le choix du sol , destiné à l’épandage, doit s’inspirer des conditions que nous avons indiquées plus haut. On choisira un sol poreux, homogène, sable ou gravier fin, d’une épaisseur de 1 m. 25 au moins dont l’aération sera entretenue par le labour et l’intermittence de l’irrigation. On s’inquiétera également du sous-sol, car, s’il est argileux, il risque de laisser le sol trop s’imbiber; et, s’il se compose de calcaire fissuré, il risque de comprometrre la nappe des puits et des sources; on choisira un terrain s’inclinant en pente douce vers la rivière.

La quantité d'eau que l’on admet pouvoir confier en un an à 1 hectare de terre est de 40 000 mètres cubes, soit 11 litres par mètre carré et par jour, si l’on envisage simplement la filtration; 20000 mètres cubes, si l’on veut une épuration complète et 10000 (et même moins), si on pratique l’utilisation agricole. Dans ce dernier cas, l’eau est distribuée dans des rigoles, séparant les plates-bandes, de manière à ne pas entrer en contact avec la partie extérieure des végétaux cultivés. Néanmoins cette souillure est toujours possible.

L 'irrigation doit être intermittente , pour ménager la perméabilité du sol indispensable à l’oxygénation et à l’action des microbes aérobies; elle ne porte sur la même surface que tous les quatre ou cinq jours.

L’épandage de la Seine (Gcnnevilliers, Achères, Carrières-Triel) comprend 5 000 hectares qui reçoivent chaque jour 600 000 mètres cubes (fig. 81).

Au point de vue chimique, l’épandage donne en général des résultats satisfaisants. La nitrification est très active, surtout dans les champs, comme Gennevilliers, où les déversements sont mesurés par les fermiers, suivant l’état du sol et celui des cultures.

Par contre, au point de vue bactériologique , l’épuration est beaucoup moins régulière. L’épuration peut être parfaite en un point déterminé du champ d’épandage et très défectueuse à quelques mètres plus loin. Bien plus, en un même endroit, le chiffre des bactéries peut varier considérablement, d’un jour

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à l’autre. Au drain de La Bonne-Ville (Méry-Pierrelaye), Miquel trouvait, le 10 janvier 1902, 200 bactéries par centimètre cube et, du 10 ou 31 du même mois, une moyenne journalière de 216. Tout à coup, le 7 février, il en compte 39 785. Le 14, il n’en passe plus que 145 et le régime normal se rétablit jusqu’au 7 mars. A cette date, l’analyse accuse 161 780 germes au centimètre cube. Les exemples pourraient être multipliés.

L’épandage ne donne donc pas, au point de vue bactériologique, une épu-

Rég/an de Mérg ~j

Ponto/seOj

ASSAINISSEMENT oelaSEINE

Régions d'épandage des eaux d'égout DE LA VILLE DE PARI S

Surface de Paris : 7802 hect.

Champs.d épandage 4-500 h.en1910

Enghien

ÎQj'vn de Gennsi/HIiers Collecteur

Région de Carrières - Trie /

StGermain °

Terrains appartenants la Ville de Paris ou loués par elle à /Etat

Terrains appartenantaux particuliers

départemental

^TJé ri i/a ti on de StOuen Collecteur VCAsnières

Fig. 81. — Champs d’épandage de la ville de Paris.

ration régulière. Il a d’autres inconvénients. On lui reproche la difficulté de l’irrigation en hiver, par les gelées. D’autre part, le sol des champs d’épandage se colmate progressivement, forçant bientôt à chercher d’autres emplacements.

Mais, au point de vue économique , le véritable inconvénient est l’extension incessante de la surface à irriguer, par suite de l’accroissement des agglomérations et de l’augmentation correspondante des eaux résiduaires; il en résulte des frais énormes d’installation (45 millions pour Paris, 110 millions pour Berlin, etc.) et d’entretien (2 millions à Paris), que nombre de villes, toutes proportions gardées, ne pourraient supporter.

Toutes les villes ne disposent d’ailleurs pas, dans leur voisinage, d’une surface suffisante de terrain, propre à l’épandage.

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Au point de vue de V hygiène, l’inconstance des résultats bactériologiques montre les dangers qui résultent de la persistance des germes pathogènes (fièvre typhoïde, choléra, dysenterie). Aussi, doit-il être interdit de cultiver sur les champs d'épandage des légumes (radis, salades) et des fruits (fraises) destinés à être mangés crus. D’ailleurs, l’épuration serait-elle complète dans l’eau des drains collecteurs que le danger de contamination des légumes et des fruits persisterait.

Ldi contamination du sous-sol, en particulier des puits et des sources du voisinage, est un danger constant des champs d’épandage, installés sur des terrains fissurés.

c ) Filtration intermittente. — Proposée par Frankland, cette méthode permet d’épurer dix fois plus d’eau que l’utilisation agricole, pourvu que par des labours fréquents, on favorise la pénétration de l’air dans le sol, car sans oxygène, comme nous l’avons vu, l’épuration est impossible. Il faut aussi que le drainage assure l’égouttement parfait du filtre, pour permettre la conservation des microbes nitrificateurs. L’application de cette méthode est simple : on divise la surface de filtration en quatre parties. Chaque partie reçoit, chaque jour, l’irrigation pendant six heures, ce qui fait dix-huit heures de repos pour chacune. Un hectare ainsi divisé et arrosé suffirait pour une ville de 2 500 habitants. La méthode de la filtration intermittente ne s’est pas beaucoup répandue.

4° Épuration biologique artificielle. — Pour réaliser convenablement l’épuration des eaux d’égout par l’épandage ou la filtration intermittente, il est nécessaire de disposer de terrains perméables, homogènes, faciles à drainer, suffisamment vastes et peu coûteux . La difficulté, très grande, de trouver toutes ces conditions réunies, a conduit à rechercher si, par certains dispositifs, on ne pouvait pas mettre en œuvre les mêmes agents microbiens que ceux réalisant l’épuration naturelle, mais de façon à leur faire produire le maximum de travail de désintégration de la matière organique, sur le minimum d’espace possible et dans le minimum de temps : procédés biologiques artificiels.

Dibdin, le premier (1892) fit des essais d’épuration artificielle, en Angleterre, en faisant passer le sewage, à travers des bassins filtrants, garnis de coke et de mâchefer. Ces filtres, dits lits bactériens, furent vite engorgés. Cameroun, en 1895, imagina un dispositif destiné à liquéfier la matière organique, avant de la projeter sur les lits filtrants. D’importantes études furent faites dans la suite

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en Angleterre, ainsi qu’en France par Calmette et son collaborateur Rolants, à la station expérimentale de La Madeleine-lès-Lille.

L’épuration biologique artificielle comporte quatre temps :

a) Phases de l’épuration. — 1° Première phase : Décantation (Phase mécanique). — La décantation a pour but de séparer les matières minérales non putrescibles et les matières volumineuses en suspension. Les microbes ne jouent aucun rôle.

2° Deuxième phase : Fermentation anaérobie (Fosses septiques). — Les microbes anaérobies dissolvent les matières organiques, en les dégradant progressivement. L’eau, débarrassée des corps minéraux non putrescibles, est reçue dans des bassins (fosses septiques), disposés en vue de permettre la pullulation rapide et abondante des anaérobies. Les matières organiques putrescibles doivent y séjourner pendant un temps suffisant pour que leur dissolution complète s’effectue : les substances ternaires ou hydrocarbonées s’y décomposent en carbures d’hydrogène (formène), en acide carbonique et eau; les substances quaternaires ou azotées s’y désintègrent en peptones, en composés aminés solubles et en ammoniaque.

3° Troisième phase : Fixation (Lits bactériens). — Les matières organiques dissoutes sont fixées sur des corps poreux (absorption), capables en même temps de servir de supports aux microbes oxydants aérobies.

Au sortir de la fosse septique, l’eau ne contenant plus de matières solides en suspension, est dirigée sur ce qu’on appelle les lits d’oxydation ou lits bactériens. Ceux-ci, généralement constitués par une couche plus ou moins épaisse de scories, de mâchefer, de coke ou de briques concassées, doivent être alternativement immergés ou aérés, dans toute leur masse. Pendant les périodes d’immersion, les fragments de scories ou de coke fixent la matière organique dissoute et cette troisième phase de l’épuration représente exactement un phénomène de teinture.

4° Quatrième phase : Nitrification (Lits bactériens). — Les matières, dissoutes et fixées, sont transformées en nitrites , puis en nitrates , solubles par l’action des microbes aérobies nitrificateurs (p. 391).

Ceux-ci, dont la multiplication s’effectue très activement dans les anfractuosités des scories ou du coke, oxydent et nitrifient la matière organique fixée sur leurs supports, grâce à l’oxygène qu’ils empruntent à l’air atmosphérique. Cette quatrième phase de l’épuration termine le cycle. L’eau sort des lits, débarrassée de toute substance putrescible, et définitivement épurée.

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ÎAh Nous verrons que certains dispositifs permettent d’accomplir simultanément les deux dernières phases (système d’épuration, dite continue).

b) Appareils d’épuration. — 1° Bassins de décantation (fig. 82). - — - Le bassin de décantation, de dimensions appropriées au volume d’eau d’égout à épurer, recevra l’extrémité de l’égout collecteur, convenablement élargie pour amortir le courant. Le flot sera déversé tout d’abord dans une double grille à peignes, sur lesquels seront retenus les corps volumineux ou flottants, d’une dimension supérieure à 5 centimètres. Au delà de ces grilles, l’eau traversera avec un courant très faible, contrarié par des chicanes, une chambre à sable peu profonde. Le fond de cette chambre à sable, incliné en sens inverse du courant, permettra aux résidus minéraux, insolubles et imputrescibles (sable, charbon, scories, débris métalliques), de s’accumuler dans une cuvette qu’on aménagera près du point d’entrée et d’où il sera facile de les enlever périodiquement avec une chaîne à godets ou une drague à main.

2° Fosses septiques (fig. 82). • — - Les eaux, au sortir du bassin de décantation, s’achemineront ensuite, avec une vitesse qui ne doit pas excéder 20 centimètres à la seconde, vers un canal qui desservira la série des fosses septiques ou bassins de fermentation anaérobie où s’effectuera la dissolution, plus ou moins lente, mais totale, des particules solides, en suspension dans le liquide.

Les dimensions à donner aux fosses septiques seront telles que chaque molécule d’eau d’égout traverse l’une d’elles, en vingt-quatre heures environ. La profondeur sera de 2 à 4 mètres.

Fig. 82. — Bassin de décantation. Fosse septique et Lits bactériens de contact.

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Il n’est pas nécessaire que la fosse soit couverte , car il se forme, à la longue, à la surface du liquide, une couche épaisse de 2 centimètres (graisse, débris de liège, poids, etc.), sous laquelle les anaérobies ont toute facilité pour pulluler et agir. Ce « chapeau » protège la masse de liquide du contact direct de l’air.

Les fosses septiques doivent rester constamment pleines, sans que jamais le niveau du liquide qu’elles renferment s’abaisse ou s’élève.

3° Lits bactériens de contact. — Après un séjour de vingt-quatre heures dans la fosse septique, les eaux d’égout ne renfermant plus que des matières organiques dissoutes et dégradées, sont conduites sur les lits bactériens.

Ces lits bactériens sont de grands bassins, à murs étanches, hauts de 1 mètre, remplis de mâchefer (coke, scories, pouzzolane, etc.), dont les morceaux ont un volume décroissant de bas en haut, de 10 à 1 centimètre cube (fig. 82).

Sur chaque lit se trouvent creusées une série de rigoles, disposées en rayonnant, à partir de la vanne d’admission de l’eau, de manière à assurer la répartition aussi régulière que possible de celle-ci à la surface des scories. Le bassin se remplit en une heure, le contact dure deux heures et la vidange demande une heure; on laisse ensuite le bassin au repos pendant quatre heures : soit huit heures pour le cycle complet, ce qui permet au bassin de fonctionner trois fois par jour.

Pendant la période de contact, la matière organique se fixe sur les scories; et lorsque l’eau s’est écoulée, les microbes nitrificateurs, qui se sont fixés à la surface et dans les pores des scories, se trouvent en présence de l’air dont ils sont fort avides, pullulent, oxydent les matières organiques et les transforment en nitrates, qui seront entraînés par le flot qui viendra ensuite.

Un seul lit étant insuffisant pour arrêter toute la matière organique, l’eau qui en sort est dirigée dans un second bassin semblable, deuxième lit de contact , dont les scories ont de plus faibles dimensions et au sortir duquel l’eau doit être suffisamment épurée.

Chaque bassin doit traiter 250 litres d’eau d’égout par mètre cube de scories et par période, soit 750 mètres cubes par vingt-quatre heures.

Les lits bactériens de contact présentent de nombreux inconvénients : ils perdent rapidement, par le colmatage, leur capacité d’épuration; les irrégularités de débit peuvent provoquer l’immersion trop prolongée des scories et par suite la disparition des microbes oxydants et nitrificateurs, qui peuvent être remplacés par des microbes dénitrificateurs. Enfin, au moment de l’immersion des lits, une partie des liquides peut gagner rapidement les drains, sans avoir subi l’action de fixation et d’oxydation, ce qui diminue souvent considérablement le coefficient de l’épuration.

4° Lits bactériens percolateurs . — Pour parer à ces inconvénients, on remplace maintenant, d’une façon générale, les bassins de contact par les lits bactériens percolateurs.

Dans ce cas, on reçoit l’eau d’égout solubilisée, dans des appareils distributeurs (tourniquets hydrauliques, sprinklers rotatifs), qui la répartissent en pluie intermittente à la surface du lit bactérien. Celui-ci est un simple tas de

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scories, un bassin circulaire, rempli des mêmes matériaux, reposant sur une surface imperméable de béton ou d’argile, inclinée pour l’écoulement du liquide (fig. 83).

Au lieu de rester en contact avec les matériaux du lit bactérien, l’eau traverse le lit percolateur, en s’égouttant lentement dans toute sa masse, et les périodes d’intermittence doivent être réglées de manière à permettre à l’air d’y pénétrer largement partout. Les phénomènes de fixation et d’oxydation s’accomplissent simultanément et on ne court pas le risque de noyer les microbes, en les privant longtemps d’oxygène.

Les lits percolateurs permettent d’épurer, par mètre carré de surface et par jour, deux ou trois fois plus d’eau (400 à 1 000 1.) que les bassins de contact; et on peut leur faire débiter, en marche industrielle, de 1 000 à 1 500 mètres

Fig. 83. — Filtre percolateur.

cubes par hectare et par jour, soit un volume liquide cent fois plus considérable que les meilleurs champs d’épandage (Calmette).

c) Résultats de l'épuration biologique artificielle. — Ils ont

été et sont encore vivement critiqués. On reproche à l’épuration d’être par trop incomplète.

Mettons les choses au point. On a voulu trop demander à l’épuration biologique. Il faut savoir qu’elle n’a pas la prétention de faire une épuration bactériologique (ceux qui veulent obtenir une eau débarrassée de ses microbes n’auront que des déboires), et qu’elle ne peut que faire un début d 'épuration chimique , seulement suffisante pour rendre l’eau moins putrescible et capable d’être déversée dans un cours d’eau. Encore, devra-t-elle être poussée assez loin (multiplication des lits bactériens), si le cours d’eau récepteur est à faible débit, à plus forte raison s’il doit être à sec en été. En un mot : épuration biologique artificielle = commencement d’épuration chimique.

Voir, dans le tableau ci-après, un exemple de ce qu’on peut obtenir.

Ce tableau montre la diminution notable des matières organiques, des matières en suspension, et l’apparition d’une quantité assez considérable de nitrates, se produisant au cours du passage de l’eau sur l’installation.

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