Questions relatives à l’ozonation
Questions relatives à l’ozonation
En Suisse, le principe d’interdiction de polluer s’applique selon l’art. 6 LEaux. Ainsi, il est interdit d’introduire dans un cours d’eau des substances pouvant contaminer l’eau. Cela vaut indépendamment des éventuelles valeurs limites issues de la législation alimentaire (p. ex. Ordonnance du DFI sur l’eau potable et l’eau des installations de baignade et de douche accessibles au public, OPBD). Pour le bromate s’applique par exemple la valeur limite sur l’eau potable de 10 µg/l, car le bromate a un effet potentiellement cancérigène. Le bromate se forme à partir de bromure lors de l’ozonation et n’est plus biodégradable dans l’environnement en conditions aérobies. La quantité de bromate formé lors d’une ozonation dépend principalement de deux facteurs: la concentration de bromure et la dose d’ozone. L’oxydation par ozonation forme toujours un peu de bromate – lorsque les eaux usées contiennent du bromure. Toutefois, la formation de bromate avec des doses d’ozone «habituelles» lors de l’épuration des eaux usées communales (0.6 – 0.8 g ozone / g COD) n’est notable qu’avec des concentrations de bromure supérieures à 100 µg/l. On sait que les concentrations dans les eaux usées principalement communales en entrées de STEP sont généralement nettement inférieures à 100 µg/l de bromure. La concentration de bromure peut être beaucoup plus élevée en cas de rejets spécifiques tels que les usines d’incinération des ordures ménagères avec lavage des fumées par voie humide, l’industrie chimique, les décharges, les incinérateurs de déchets spéciaux, etc.
Il convient donc impérativement de veiller, au sens de l’art. 63 LEaux imposant une planification efficace et adéquate, que seules les STEP formant du bromate en quantité minimale soient équipées d’une étape d’ozonation. Ainsi, une minimisation ciblée des rejets de bromure dans le bassin versant grâce à des mesures prises à la source s’est révélée être une mesure très efficace pour réduire les formations de bromate indésirables. Mais il convient de mentionner ici aussi que le traitement au charbon actif devrait être pris en considération dans les cas incertains. Lorsqu’il n’est pas possible de prendre des mesures à la source ou d’opter pour un traitement au charbon actif, la combinaison d’ozonation avec charbon actif, là où l’ozonation est exploitée à des doses nettement plus basses (et donc non problématiques au regard de la formation de bromate) constitue une alternative.
Une ozonation peut être installée en toute bonne conscience dans la plupart des STEP de Suisse, car il s’agit de STEP possédant des bassins versants à caractère principalement communal. Le traitement par ozonation a de nombreux effets positifs sur la qualité des eaux usées épurées (réduction des composés traces et des effets écotoxicologiques, assainissement, décoloration). La construction d’une ozonation est également possible dans les STEP possédant une certaine part de déverseurs industriels. Mais il est fondamental que les contraintes soient minutieusement clarifiées au cas par cas. La recommandation VSA «Vérifications relatives à l’adéquation du processus d’ozonation» doit être appliquée au préalable dans le cadre de l’avant-projet. La formation de produits de transformation problématiques connus tels que le bromate et la nitrosamine est notamment étudiée. Des analyses écotoxicologiques sont par ailleurs recommandées. Celles-ci décèlent, contrairement aux différentes mesures chimiques, les effets combinés d’éventuels produits de transformation problématiques inconnus. Il est également important de garder à l’œil le développement du bassin versant. Si certaines industries doivent s’implanter, il convient de le prendre en compte. Une évaluation globale de la possibilité de traiter les eaux usées à l’ozone est ainsi possible. Dans les cas indéterminés, des alternatives à l’ozonation sont recommandées.
La recommandation du VSA «Vérifications relatives à l’adéquation du processus d’ozonation» précise que les futures modifications du traitement biologique des eaux usées doivent déjà être intégrées dans les vérifications préliminaires. Les réflexions suivantes révèlent une fiabilité limitée des vérifications effectuées avec des eaux usées non nitrifiées.
- Les experts ne parviennent pas à s’accorder sur l’influence de l’ammonium et du nitrite sur la chimie de l’ozone (stabilité de l’ozone et des radicaux OH). La formation de bromate est sous-évaluée, car l’ammonium réagit avec un produit intermédiaire pendant la transformation du bromure en bromate, formant ainsi une quantité réduite de bromate.
- Avec des eaux usées non-nitrifiées, la pertinence des bioessais (p. ex. œufs de poissons, test de daphnies) est limitée en raison de la forte concentration d’ammonium. Si une quantité d’ammonium et donc d’ammoniaque (en fonction de la valeur pH) est présente, la toxicité s’en trouve accrue et l’existence éventuelle d’autres effets peut être dissimulée.
Il est donc recommandé d’effectuer les analyses avec des eaux usées nitrifiées en laboratoire.
Lorsqu’une ozonation est planifiée, un certain nombre de normes de sécurité est à prendre en compte. L’ozone est un gaz irritant avec un seuil d’effets relativement bas, c.-à-d. qu’il faut impérativement empêcher que de l’ozone ne s’échappe dans l’air environnant (étanchéité du réacteur et de l’effluent, traitement de l’air sortant avec un destructeur d’ozone). Afin de surveiller l’atmosphère, des capteurs d’ozone doivent être mis en place. De plus, les matériaux et conduites résistants à l’ozone doivent être utilisés. Des aspects de sécurité relatifs à l’utilisation d’ozone sont présentés dans une fiche d’information.
En outre, étant donné que l’ozone est généralement produit à partir d’oxygène, des normes de sécurité doivent également être respectées pour l’oxygène (danger d’explosion ou d’inflammation). Ces aspects de sécurité relatifs à l’utilisation d’oxygène sont décrits dans une fiche d’information.
Le VSA recommande dans son aide-mémoire « Elimination des eaux usées des toilettes chimiques mobiles » que les STEP mélangent les eaux usées provenant de toilettes chimiques mobiles à au moins 200 fois le volume d’eau usée en entrée de STEP. Le dimensionnement de la STEP devrait être d’au moins 10 000 équivalents habitant. Dans les STEP avec ozonation, les eaux usées doivent être évacuées de manière dosée afin d’éviter toute formation indésirable de bromate. Le bromate se forme pendant l’ozonation par oxydation du bromure, qui est un désinfectant contenu dans certains additifs sanitaires (p. ex. Bronopol). La concentration en bromure ne doit pas augmenter de plus de 70 μg/L par l’ajout d’eaux usées. Le calcul et le dosage qui en découle sont décrits plus en détail dans l’aide-mémoire. Celui-ci peut être consulté sous le lien suivant : https://vsa.ch/fr/Médiathèque/elimination-des-eaux-usees-des-toilettes-mobiles-chimiques-aide-memoire-du-vsa/
Questions relatives au traitement biologique complémentaire
Oui, un traitement biologique complémentaire est impératif dans le cas d’une ozonation. Le traitement par ozonation peut former des produits de réaction labiles toxiques. La principale fonction du traitement complémentaire biologiquement actif est l’élimination de ces substances et de leurs effets toxiques.
La filtration sur sable peut être un procédé de traitement complémentaire. Un système à lit fluidisé est en principe possible, mais il est recommandé de procéder à des analyses supplémentaires. Un filtre à charbon actif en grains (CAG) peut également être utilisé comme traitement complémentaire. Dans la mesure où le CAG élimine également les MP, l’ozonation peut être réduite en conséquence (cf. article «Élimination des micropolluants dans les STEP: état actuel des procédés et évolutions futures»). L’utilisation de filtres comme procédés de post-traitement est décrite dans le rapport «Aperçu des procédés destinés au traitement biologique complémentaire lors de l’ozonation». Les critères permettant de sélectionner le traitement complémentaire et les expériences réalisées avec différents procédés sont également présentés.
Une grandeur de dimensionnement importante du filtre à sable est la vitesse de filtration maximale (à Qmax) qui s’élève habituellement à 15 m/h. Il est nécessaire de tenir compte qu’une cellule filtrante est mise hors service durant le rétrolavage et que les eaux de lavage qui en résultent représentent une charge supplémentaire pour le filtre. Ainsi, en fonction du nombre de cellules filtrantes et de l’effet des rétrolavages, la vitesse maximale de filtration est estimée à environ 12.5 m/h par rapport à la surface filtrante totale. Au débit maximum (Qmax), le temps de contact est d’environ 5 minutes (près de 15 minutes au débit temps sec (QTS), voir aussi le rapport « Aperçu des procédés destinés au traitement biologique complémentaire lors de l’ozonation »). D’autres informations pour le dimensionnement des installations de filtration sont disponibles dans la littérature spécialisée.
Un système à lit fluidisé est en principe envisageable comme traitement biologique complémentaire. Mais il est recommandé de procéder à d’autres analyses (voir l’article «Élimination des micropolluants dans les STEP: état actuel des procédés et évolutions futures»).
Le traitement complémentaire a pour but d’éliminer les produits de réaction labiles toxiques formés durant l’ozonation (s’ils ont été formés). Mais aucune surveillance périodique n’est prescrite à ce sujet. Le rapport « Aperçu des procédés destinés au traitement biologique complémentaire lors de l’ozonation» vous permettra de vérifier si les procédés sont appropriés ou pas comme traitement complémentaire.