Dossier puration lagunage ASCO TP

Fiche ressource n1 : lpuration de leau

SOMMAIRE 1) Les systmes dpuration des eaux uses adapts aux petites collectivits 2) Les techniques dpuration des eaux 3) Le principe de lpuration biologique

Les systmes dpuration des eaux uses adapts aux petites collectivits :

Les communes ont lobligation de prendre en charge lassainissement des eaux uses domestiques des habitations.

En effet, les eaux dgout des collectivits rurales doivent comme celles des villes tre pures avant leur rejet dans le milieu naturel : ruisseaux, rivires, lacs. Cette puration se fait dans des stations dpuration laide de bactries qui dtruisent la pollution avant quelle ne soit rejete. Elles transforment cette pollution en un sous-produit appel boues qui sont ensuite pandues comme engrais et matire organique sur les terrains agricoles.

Les stations dpuration classiques que lon rencontre dans des villes ncessitent une forte technicit et une exploitation complexe qui induit des cots de personnel et dnergie levs. En particulier, lvacuation rgulire des boues est une contrainte forte qui, si elle nest pas respecte, peut conduire au dysfonctionnement de linstallation et donc un rejet de la pollution mal traite.

Les stations dpuration conues selon le principe des lagunes dpuration constituent une solution intressante pour le milieu rural et sont adoptes depuis plusieurs dizaines annes par de nombreuses collectivits. Elles reprsentent environ 20 % de leffectif des stations.

Les techniques dpuration des eaux :

Lpuration des eaux est un ensemble de techniques qui consistent purifier leau pour recycler les eaux uses dans le milieu naturel.

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Il existe deux techniques principales dpuration des eaux :

Les procds biologiques : par exemple le lagunage qui utilise des systmes naturels dpuration et de filtration par des micro-organismes, des algues et des plantes aquatiques pour dgrader la pollution.

Les procds physico-chimiques : par exemple la station dpuration qui utilise des moyens physiques (dcantation, flottation, filtres) et des produits chimiques (coagulants, floculants, comme le chlore).

Le principe de lpuration biologique :

Lpuration biologique repose essentiellement sur la dgradation de la matire organique contenue dans les eaux uses par une chane alimentaire de micro-organismes colonisant successivement les diffrents bassins et se livrant des phnomnes de prdation. Le lagunage naturel repose sur une culture bactrienne principalement de type arobie. Celle-ci est ensuite spare par un mcanisme de sdimentation. Lpuration est assure par un long temps de sjour dans plusieurs bassins en srie. Le mcanisme de base est la photosynthse. La tranche deau suprieure est expose la lumire et cela permet lapparition dalgues qui produisent le dioxygne ncessaire au dveloppement des bactries arobies. Ces dernires sont responsables de la dgradation de la matire organique. Le dioxyde de carbone form par les bactries ainsi que les sels minraux contenus dans les eaux uses permettent aux algues (les microphytes) de se multiplier. En fond de bassin, il ny a pas de lumire, ce sont donc les bactries anarobies qui dgradent les sdiments issus de la dcantation de la matire organique. Cette dgradation entrane un dgagement de dioxyde de carbone et de mthane.

En fait, lpuration repose sur la prsence quilibre de bactries arobies en culture libres et dalgues.

La lagune reprsente un cosystme :

* Les producteurs primaires : Les vgtaux microscopiques (phytoplancton) et macroscopiques (algues, roseaux) utilisent la lumire du soleil, le dioxyde de carbone ainsi quune partie de la pollution apporte par les eaux uses pour fabriquer leur propre biomasse. Ils librent du dioxygne par ce processus, ce qui autorise lactivit puratrice des organismes arobies.

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* Les herbivores (zooplancton et animaux suprieurs) qui endiguent la prolifration des vgtaux.

* Les consommateurs primaires (bactries) qui profitent de loxygnation du milieu pour dgrader la quasi-totalit de la pollution organique. Lpuration saccompagne de la libration de composs minraux et de dioxyde de carbone, consomms par les vgtaux.

* Les carnivores (zooplancton et animaux) et les prdateurs qui participent lpuration par la consommation des herbivores et des consommateurs primaires.

* Les dtrivores : (champignons et bactries) qui salimentent des matires organiques et participent ainsi la minralisation des sdiments.

* La faune a plusieurs rles : lpuration de leau directement, la consommation de vgtaux, la prdation qui rgule la flore microscopique et macroscopique.

* La microflore est compose de bactries arobies ou anarobies et dalgues microscopiques. Les algues ont une activit photosynthtique entranant une consommation de dioxyde de carbone et une production de dioxygne. Elles permettent dassurer une partie de lpuration des matires azotes et phosphores.

* La macroflore constitue dalgues macroscopiques et de vgtaux suprieurs est le support dune partie de la microflore. Elle sert absorber une partie de la pollution contenue dans leau, filtrer le milieu, librer du dioxygne, et offrir un refuge au zooplancton, aux larves dinsectes, aux invertbrs. * Les petits crustacs tels que les daphnies, jouent un rle essentiel dans la clarification de leffluent trait. Leur efficacit est amplifie lors de la prsence de macrophytes.

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Fiche ressource n2 : la technique du lagunage

SOMMAIRE 1) Le lagunage naturel 2) Les diffrents types de lagunes 3) Les avantages et les inconvnients du lagunage cologique

Le lagunage naturel :

Le lagunage cologique est la reconstitution fidle des cosystmes aquatiques puratoires, caractristiques des eaux stagnantes, que lon agence correctement lun aprs lautre.

Une station de lagunage est donc une succession de bassins de rtention peu profonds dans lesquels leau scoule lentement par gravit. Dans chacun de ces bassins, stagne une tranche deau o volue un cosystme particulier.

Les eaux uses collectes par vos gouts sont achemines vers le lagunage. Avant de se dverser dans le bassin A, ces eaux sont dbarrasses des gros objets, des sables et des graviers, des huiles et des graisses, grce divers procds. Arrives dans le bassin A, les matires organiques vont se sparer en deux catgories : * celles qui vont se dposer dans le fond du bassin et qui seront manges par des bactries de fond ; * Celles qui resteront en suspension dans leau et qui seront manges par des bactries de pleine eau. La digestion des premires bactries produit des sels nutritifs et des gaz de digestion ( mthane, hydrogne sulfur). Les sels nutritifs restent sur place et les gaz svaporent. Quant aux secondes bactries, elles produisent des sels minraux et du gaz carbonique.

Dans le bassin B, leau arrive donc charge de ces bactries de pleine eau, productrices de gaz carbonique et de sels minraux. Les sels minraux et le gaz carbonique rencontrent de minuscules algues (phytoplancton) quils nourrissent sous laction du soleil. Il se dgage alors de loxygne et les algues se multiplient.

Le bassin C lui accueille le reste des bactries de pleine eau, des sels minraux restant et les minuscules algues. Ce milieu est favorable au dveloppement de microscopiques animaux (zooplancton) qui vont se nourrir des bactries et de ces algues, et respirent grce loxygne produit par celles-ci.

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Au bout dun cycle qui dure environ 80 jours, est rejet dans la rivire ce riche plancton dans une eau pure 99,99 %.

Les diffrents types de lagunes :

* Le bassin microphyte (lagunes n 1 et n 2) Dans ce bassin, on y trouve les bactries et les algues microscopiques. La minralisation de la matire organique soluble en suspension est assure par les bactries qui la transforme en eau, gaz carbonique, nitrates et phosphates. Ces composs vont tre assimils par les algues qui grce la lumire du soleil vont effectuer la photosynthse pour assurer leur mtabolisme et librer de loxygne pour la vie des bactries. Cette photosynthse aboutit la production de biomasse dans laquelle sont capts les composs organiques et les minraux qui sont en excs dans leau. Leau est ainsi pure. Les eaux restent environ 50 jours dans ce bassin. Pour que le bassin soit efficace, il faut que les surfaces soient larges et peu profondes.

* Le bassin macrophyte (lagune n 3) La lagune est caractrise par la prsence abondante de vgtaux (macrophytes). Ces plantes (des roseaux, des massettes, des joncs, des iris, des aulnes) sont rputes par leurs capacits puratives. Ces plantes ont la capacit la fois de transformer la matire organique et de fixer les mtaux lourds et produits drives des dtergents. Lapparition de zooplancton (daphnies, cyclopes) permet damliorer la filtration de leau. Il stablit ainsi des chanes alimentaires

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entre les bactries, le phytoplancton, le zooplancton et les vgtaux. Les eaux vont rester environ 40 jours dans ce bassin. Le bassin ne doit pas dpasser 1 mtre de profondeur, et il faut prvoir une hauteur de gravier o se trouvent les plantes.

Les avantages et les inconvnients du lagunage cologique :

Les avantages :

Le lagunage est un procd rustique, cologique, fiable et peu onreux avec des rsultats hautement satisfaisants en matire de dcontamination.

Il prsente quatre avantages particuliers : en termes dconomie, dcologie, damnagement du territoire et de pdagogie.

Dun point de vue conomique, les stations de lagunage cotent 1/3 moins cher quune station classique mais la rentabilit est surtout visible pour lentretien : moins coteux, absence de consommation dnergie et de produits chimiques, ne demandant pas de personnel qualifi.

Ecologiquement parlant, les bassins de lagunage dveloppent tout un cosystme : les vgtaux aquatiques servent ainsi de support et de nourriture une faune nombreuse, qui contribue accrotre la biodiversit du secteur.

Alors que les communes rurales sont de plus en plus attentives lamnagement de leur territoire, ce type dassainissement assure une intgration parfaite dans le contexte paysager : champs, tang communal, etc. Enfin, un bassin de lagunage peut servir de support des sujets de pdagogie trs diversifis : leau, lassainissement, la faune et la flore aquatiques.

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Les inconvnients :

Le seul inconvnient est son emprise foncire : il est en effet indispensable de trouver une surface de terrain suffisante puis de ladapter aux conditions de lagunage spcifiques (terrain impermable, tanchit des bassins).

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Fiche ressource n3 : la technique dune lagune

SOMMAIRE 1) Etudes pralables 2) Etudes sur le terrain 3) Nombre de lagunes 4) Taille et forme des lagunes 5) Amnagement des bassins 6) Ouvrages construire

Etudes pralables :

Il nexiste pas de modle standard quant la ralisation dun systme dpuration par lagunage. Il faut concevoir une station la carte aprs dtermination des facteurs du milieu que sont les effluents traiter, les facteurs climatiques et le milieu rcepteur dans lequel va scouler leau assainie en fin de lagunage.

* les effluents :

Diffrents facteurs sont prendre en compte : o La population : elle doit tre dfinie prcisment sur un terme de 10 15 ans. o Le dbit : mesurer prcisment, il est de lordre de 150 200 litres/habitant/jour.

* Les facteurs climatiques :

Les tempratures et les dures densoleillement jouent un rle essentiel. o En milieu tropical, on trouve en tte de station de lagunage, une fosse profonde de dcantation. o La direction des vents ( qui favorise loxygnation ), lvaporation ( parfois intense, elle augmente la concentration en charge organique ), la pluviomtrie doivent tre tudies afin de prvoir une gestion correcte de la station.

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Etudes sur le terrain :

Aprs les tudes sur la dtermination des charges polluantes traiter et sur les facteurs climatiques, des tudes sur le terrain doivent tre ralises :

* topographiques ( site amnager ) * gologiques ( nature du terrain, prsence de nappes phratiques ) * gotechniques ( qualit des matriaux, teneur en eau, niveau de la nappe ) * hydrogologiques.

Tous ces critres doivent permettre de bien dimensionner linstallation : * surfaces et formes des bassins * profondeur de leau * limite de pntration de la lumire * construction des digues * parfaite tanchit des bassins.

Nombre de lagunes :

Il est prconis de disposer de trois lagunes pour assurer un bon niveau de fiabilit du traitement. Si lobjectif de rejet comprend la dsinfection, le nombre de lagunes peut tre augment.

Taille et forme des lagunes :

Lpuration des eaux uses dans des lagunes est un procd grande surface. La profondeur des lagunes sera en fonction du relief du sol, de 0,5 m 1,5 m pour quune aration artificielle ne soit pas ncessaire. Les lagunes sont gnralement construites sous forme de bassins de terre, pourvus de talus ayant une pente dun tiers. Les bassins sont gnralement rectangulaires. Les lagunes doivent tre situes en un point bas o les vents dominants contribuent arer la tranche deau superficielle.

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Amnagement des bassins :

Ltanchit des bassins est trs importante afin dviter la pollution de la nappe phratique. A dfaut dimpermabilit naturelle, il faut prvoir des travaux dtanchit comme le compactage, le traitement de sol ou la pose dune go-membrane. Le terrain idal est de type limono-argileux. Le sous-sol ne doit en aucun cas tre karstique ou fissur.

Les bassins de lagunage peuvent tre raliss de plusieurs manires : * soit par creusement et vacuation des dblais * soit par creusement et par endiguement * soit par cration de digues ceinturant le terrain simplement dcap.

On commence par retirer, la pelle mcanique, une couche denviron 80 90 cm de terre. Vient ensuite la phase dimpermabilisation. Voici trois techniques pour impermabiliser les bassins : * usage de blocs creux et arms, que lon a rempli de bton et quon assemble comme des lgos, on les dressera sur une semelle de bton arm dune paisseur de 20 cm. * Usage de membranes plastiques traites pour rsister aux rayons UV, dune paisseur de 1 cm. Pour la protger contre les objets tranchants, on dispose au fond du sable. * Usage de polyester qui offre une excellente garantie de durabilit. Il faut ensuite effectuer rapidement la mise en eau des ouvrages pour prenniser la permabilit ( empcher le risque de fissures et de dveloppement de la vgtation dans le sol ), vrifier ltanchit et favoriser la mise en place de lcosystme.

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Les Ouvrages construire :

En tte de dispositif, on construira un ouvrage de pr traitement : il permet daffiner leffluent son arrive dans la premire lagune, tant constitu dun dgrillage, dun dessablage et de dshuilage.

Entre les bassins, on construira des ouvrages de communication : on prvoira une lgre dclivit entre les bassins afin que leau scoule par gravit plutt que par pompage. Lcoulement dun bassin lautre se fera donc par trop-plein. Il faut prvoir des liaisons entre les bassins pour bloquer les lentilles deau ou autres flottants. Il est donc ncessaire de prvoir un by-pass (pontage) de chaque bassin pour faciliter les oprations de vidange et de curage.

Par ailleurs, le passage trop rapide de leau dun bassin un autre sera vit en amnageant des lagunes au moins deux fois plus longues que larges. En plus, on placera des cloisons lintrieur des bassins pour obliger leau adapter un chemin en labyrinthe. Ces cloisons peuvent tre en panneaux agglomrs.

L o des plantes seront implantes, il faudra quun substrat leur permette de senraciner. Il faudra donc au moins 30 cm dpaisseur de gravier rond de calibre 10-30 mm dans lequel leau purer pourra circuler.

Pour prvenir lrosion par la dgradation due aux rongeurs, il est conseill dengazonner les berges avant la mise en eau ou demployer des dalles autobloquantes pour protger les berges.

Les abords doivent tre conus pour permettre un entretien facile. Il est conseill de ne planter aucun arbre moins de 10 mtres, cause de leurs racines qui pourraient endommager la lagune, de lombre qui pourrait gner la photosynthse.

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Fiche lve n1 : Lpuration des eaux et la technique du lagunage

Mise en situation :

Suite la visite dune station dpuration deau ou dans le cadre dun projet sur le dveloppement durable et lutilisation de leau par lhomme, la classe a t choisie pour raliser une exposition au CDI sur lpuration de leau et la construction dune station de lagunage cologique.

Pour cela, on vous demande de prparer des panneaux sur les travaux de construction dun lagunage :

* en introduction, vous prsenterez les diffrentes techniques dpuration des eaux ; * puis vous prsenterez succinctement le principe de lpuration biologique par lagunage ; * vous prsenterez les diffrentes techniques dpuration par lagunage ; * vous prsenterez lamnagement dun lagunage ; * vous prsenterez les moyens mis en uvre pour raliser le lagunage, les matriels et les mtiers ncessaires.

Exercice n 1 : Rpondre aux questions suivantes en vous aidant des fiches ressources :

* Question n 1 : Quel est le devoir des collectivits dans lassainissement des communes ?

* Question n 2 : Quelles sont les diffrences entre une station dpuration et une station de lagunage ?

* Question n 3 : Quel est le rle des espces suivantes dans une lagune ? o Phytoplancton : o Les algues : o Les roseaux : o Zooplancton :

* Question n 4 : Quel est le rle de la photosynthse dans une lagune microphytes ?

* Question n 5 : Quelles sont les caractristiques dune lagune (forme, dimension, coulement de leau, sol) ?

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* Question n 6 : Quels sont les avantages pour une commune rurale davoir une station de lagunage ?

Exercice n 2 : A laide du document lve sur le principe de fonctionnement dune station de lagunage, complter le schma avec les noms des bassins, la composition des bassins et en expliquant le principe de chaque lagune.

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Fiche lve n2 : la construction dune lagune

Exercice n 1 :

A laide des illustrations du document construction dune lagune et de la fiche ressource n 1, nommez et ordonnez les diffrentes tapes de la ralisation dune lagune ; vous prciserez les moyens mis en uvre (main duvre, matriel, matriau).

voir la fiche Illustrations sur la construction dune lagune

Exercice n 2 : Dcouverte du TERRASSEMENT :

A laide des informations que vous trouverez sur le site www.planete-tp.com, vous allez dcouvrir les travaux de terrassement en rpondant aux questions suivantes :

* Quest-ce que le terrassement ? ( pour un lagunage par exemple )

* Quelles sont les techniques utilises ( remblai, compactage ) ?

* Quels matriaux sont utiliss lors dun terrassement ?

* Quels sont les engins de terrassement ?

Exercice n3 : Dcouverte du mtier de TERRASSIER :

Vous raliserez un diaporama prsentant le mtier de terrassier. Vous prsenterez les rponses aux questions suivantes :

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* Quel travail effectue t-il ?

* Quelles sont les conditions de travail ?

* Quelle est sa formation ?

* Quelles sont ses qualits ?

* Quels matriels utilise t-il ?

Les systmes dpuration des eaux uses adapts aux petites collectivits: Les techniques dpuration des eaux: Le principe de lpuration biologique: Le lagunage naturel: Les diffrents types de lagunes: Les avantages et les inconvnients du lagunage cologique: Etudes pralables: Etudes sur le terrain: Nombre de lagunes: Taille et forme des lagunes: Amnagement des bassins: Les Ouvrages construire: Mise en situation: