CHAPITRE VIII
NOUVELLES CONNAISSANCES SUR LE MÉCANISME DE LÊPURATION BIOLOGIQUE AÉROBIE ET SUR L ÉTABLISSEMENT DES LITS BACTÉRIENS DE CONTACT OU PERCOLATEURS.
Rappelons que les ju'océdés d'épuration par lits de contact consistent à laisser pendant environ deux heures en contact avec un sol artificiel poreux, généralement constitué par des scories, Teau débarrassée au préalable, par décantation ou par fermentation en fosse seplique, de la presque totalité des matières on suspension qu'elle renfern^ait à Tétat brut.
Le sol artificiel ou lit bactérien est entièrement noyé dans la masse liquide.. Il faut donc que celle-ci ne puisse pas s'échapper au dehors : le lit doit, par suite, reposer sur une sole en béton imperméable et être entouré de murs en maçonnerie étanches.
Au bout de deux heures d^immersion, on ouvre une vanne qui permet d'évacuer le plus rapidement possible tout le contenu du lit sur un second lit semblable — lit de second contact — placé en contre-bas du premier. L Vau y séjourne encore deux heures et, le plus souvent, on peut alors la considérer comme suffisamment épurée. Quelquefois cependant, lorsqu'il s'agit d'eaux très impures, un troisième contact sur un troisième lit, placé encore en contre-bas des deux autres, est indispensable. Mais ces cas doivent être considérés comme exceptionnels.
Entre chaque période d'immersion, les lits de contact restent vides pendant au moins quatre heures, afin de leur permettre de s'égoutter et de s'aérer jusque dans leurs parties les
:»i KPLRATION DKS EAL\ DÉGOÛT.
plus profondes. C'est là une condition essentielle de leur bon fonclionnemenl.
Lorsque les alternances d'immersion et d'aération sont bien réglées (et elles peuvent Têtre, soit au moyen de vannes actionnées à la main par un personnel exercé et attentif, soit au moyen d'appareils automatiques de divers systèmes), ces lils de contact épurent aisément de 350 à 500 litres d'eau d'égout de composition moyenne par mètre carré et par jour, en trois périodes par vingt-quatre heures.
Leur puissance de travail utile est donc, par mètre carré ol par jour, environ quarante fois plus considérable que colle des meilleurs champs d^épandage cultivés.
Le processus» d'épuration qui s'y accomplit présente une assez, grande complexité. Pour le bien comprendre, il faut se rappeler le mécanisme de l'absorption des matières organiques par les sols de différente nature.
Chacun sait que lorsqu'une eau d'égout filtre à travers un sol suffisamment perméable et convenablement drainé, on voit sortir par les drains une eau limpide, dont la pureté est tout à fait comparable à celle des ruisseaux ou des rivières les mieux protégés contre les causes accidentelles de pollution. C'est donc que le sol a absorbé et retenu les impuretés, alors même que celles-ci étaient dissoutes.
Ce phénomène d'absorption a été observé pour la première fois, il y a cent cinquante ans, par un apothicaire nommé lirouner, puis en 18 H) par un agronome italien, Gazzeri, Trento ans plus tard, il a été signalé de nouveau par lluxiahle et Tliomsoïi. Ces savants remarquèrent qu'en agitant de l'eau de fumier avec une terre arable, cette terre s'empare de la matière organique; l'eau de fumier se décolore et devient limpide.
Si donc ou filtre sur de la terre une dissolution de purin, par exemple, chacun des éléments du sol fixe les matières dissoutes comme par un phénomène d'adhésion ou de teinture. Chaque élément appauvrit la dissolution au passage cl bientôt celle-ci se trouve débarrassé*» de toutes les substances organiques susceptibles d'être fixées. La distance à laquelle se produit cette épuration varie avec l'épaisseur, le pouvoir absorbant, l'hygroscopicité, la température. Elle varie aussi avec la richesse en matières organiques de l'eau déversée et
NOUVKLLKS CONNAISSANCES SUR L'KPLHATION HIULOGKJLE. 55
suivant la nature de ces matières. Celles qui sont le plus complexes, le plus voisines de Tétat végétal ou animal, sont le plus activement fixées. La puissance d'adhésion diminue à mesure que la molécule se simplifie : elle est nulle vis-à-vis de certaines substances cristallisables.
En expérimentant sur des terres stérilisées, pour éviter toute intcrvenlion microbienne, on a constaté, à Tlnslilut Pasteur de Lille, que le glucose, par exemple, échappe totalement aux actions absorbantes du sol.
Il est hors de doute que les phénomènes d'attraction physique ou de teinture jouent un rôle important dans l'absorption des matières organiques. Mais les phénomènes chimiques interviennent aussi* pour une grande part : c'est ainsi que la fixation de l'acide phosphorique est due en partie à l'absorption du phosphate monocalcique par les matières humiques. C'est ainsi encore que les oxydes de fer ou de manganèse possèdent un pouvoir absorbant énergique pour beaucoup de substances organicjues, et que ces mômes substances sont surtout évidemment retenues par les sols calcinés, qui sont privés de microbes et ne renferment plus que des éléments minéraux.
Il importe toutefois de remarquer que ces actions de fixation sont limitées; si l'apport d'eau impure est continu à la . surface du sol, elles cessent bientôt de se produire, à moins que les microbes n interviennent pour rompre f équilibre.
Fort heureusement tous les sols, surtout ceux qui sont les plus riches en humus, sont peuplés d'une infinité de microbes auxquels la matière organique sert d'aliment. En s'en nourrissant, ils la ramènent graduellement à l'état de molécules plus simples, et finalement à Télat de matière minérale : nitrates^ azoté gazeux, acide carbonique et eau. Mais, pour effectuer ces désintégrations successives, ils ont besoin d'oxygène; ils doivent emprunter cet élément à l'atmosphère et, comme conséquence de cette aérohiose, le sol qui leur sert de support doit rester perméable à l'air. S'il leur arrivait d'être noyés trop longtemps dans l'eau d'égout, et d'être par conséquent bientôt privés d'oxygène, ils ne tarderaient pas à périr. Le sol resterait alors saturé de matière organique et son pouvoir d'épuration disparaîtrait du même coup.
Mi ÊPUHATIOX DES EAUX D'EGUUT.
Ainsi apparaît la nécessité de V intermittence dans les irrigations d'eau d'égout, aussi bien sur la terre nue que sur les champs d'épandagc livrés à la culture.
On comprend tout de suite que ces notions s'appliquent intégralement au travail des lits bactériens.
Un savant allemand, Breischneider^ a cependant donné une théorie d'après laquelle le fonctionnement de ces lits devrait être considéré comme purement mécanique. D'après lui, les matières ne seraient qu'en état de pseudo-solution dans les eaux d'égout, et elles viendraient s'agréger aux scories par simple action de capillarité, de manière à constituer à leur surface une couche filtrante analogue à la membrane des filtres à sable. Mais cette théorie a été victorieusement combattue par Diinbar, Ce savant a montré en effet qu'un lit bactérien en activité dégage toujours de l'acide carbonique et donne naissance à des nitrates; tandis que — comme l'avaient déjà prouvé bchlœsitig et Mihitz pour la terre arable — en présence du chloroforme, ou dans une atmosphère d'hydrogène, Tépuration diminue très rapidement et s'arrête bientôt tout à fait.
Les recherches de Dunbar l'ont ainsi amené à établir la théorie suivante de l'épuration dans les lits bactériens de contact : les matières en suspension sont arrêtées par les lits; les matières en solution sont fixées par un pouvoir absorbant . analogue à celui du sol. Pendant les périodes d'aération, les microbes décomposent les matières fixées et régénèrent les scories en permettant une nouvelle fixation.
Pour vérifier expérimentalement cette conception, il est nécessaire d'étudier les phénomènes de fixation sur les scories et de démontrer l'intervention microbienne dans ces phénomènes. Les expériences sont rendues difficiles par ce fait que les actions de fixation, qui sont d'ordre physico-chimique, sont influencées par des causes insignifiantes en apparence et s'exercent d'une façon très variable parfois avec les mêmes échantillons. Nous connaissons cependant aujourd'hui, grâce à des expériences faites par l'un de nous à l'Institut Pasteur de Lille, et grâce aux travaux de Diierzgoxvski^ la marche générale de ces phénomènes. Le mode opératoire consiste à ajouter à un poids donné de scories ou de tous autres matériaux, une
NOrVELLES CONNAISSANCES SUR L'ÉPURATION BIOLOGIQUE. 57
quantité déterminée de solution d'une matière organique de constitution chimique connue. On laisse en contact une ou deux heures, puis on prélève une portion du -liquide clair pour le soumettre à l'analyse. Si la dissolution s'est appauvrie, c'est qu'il y a eu fixation, et l'abaissement du titre en mesure l'intensité.
On a pu constater ainsi qu'en mettant en contact avec des scories fraîches, stérilisées et exemptes de matières organiques, une solution de peptone à 0^%2 par litre, la fixation s'opère d'abord très rapidement; au bout de cinq minutes, un tiers de la peptone est fixé ; au bout de trente minutes, on n'en trouve plus que la moitié; les deux tiers ont disparu au bout de deux heures trente minutes, les trois quarts au bout de quatre heures, les quatre cinquièmes au bout de huit heures. On voit que la fixation, très rapide au début, se ralentit ensuite beaucoup : elle a atteint, dans l'expérience actuelle, 80 pour 100 de la peptone introduite, au bout de huit heures.
On a pu voir, en outre, que les matières organiques sont fixées d'autant plus énergiquement que leur molécule est plus complexe : Talbumine d'œuf est fixée plus énergiquement que la peptone, la peptone l'est plus que les amides, les amides le sont plus que l'ammoniaque, qui n'est que faiblement retenue. Le glucose et l'empois d'amidon ne sont pas fixés du tout.
Voici, par exemple, quelques résultats expérimentaux :
Pro/torfion rentémmale (Vazole j'hcc.
Albumine 17,6 0/0
Peptone 15,4 0/0
Asparagine 2/2 0/0
Ammoniaque 2.0 0/0
La fixation augmente quand la concentration des matières est accrue, mais la proportion centésimale fixée est d'autant plus faible que la concentration est plus forte. Elle atteint, en moyenne, avec les albuminoïdes complexes et les scories fraîches, 60 à 70 pour iOO au bout de deux heures, pour les solutions à la concentration ordinaire des eaux d'égout.
Dunbar a également montré que le violet de méthyle, mis en contact avec des scories, se fixe et disparaît en deux heures, en dehors de toute intervention microbienne.
'>^ lÎPL'HATlON DES KAL'X DÉCiOUT.
Dzierzgotvsky(*) a fait récemment, de son côté, des expériences très intéressantes. Il a étudié le pouvoir fixateur de la terre d'infusoires,du coke et des scories, sur Talbumine, la peplone, la leucine, le glucose, Tempois d'amidon, Turée et Tammoniaque. 11 a constaté que toutes ces substances, sauf le glucose, l'urée et lempois d'amidon, sont plus ou moins fixées par ces corps, et quePabsorplion est d'autant plus faible que la molécule est plus dégradée. Cet auteur a montré en outre que les oxydes de fer, de cuivre, de manganèse, possèdent un pouvoir absorbant énergique pour beaucoup de substances organiques et minérales des eaux d'égoul. Exemples :
