La méthode la plus durable pour éviter les bactéries filamenteuses est bien sur de déterminer la cause de leur explosion. Cependant il n'est pas toujours aisé de savoir quel est le facteur responsable, d'autant que, bien souvent, plusieurs facteurs se combinent. Une fois la source du trouble localisée il n'est pas toujours facile d'y trouver un remède à un coût acceptable. A cause de ces limites technico-économiques il est assez fréquent de soigner les effets plutôt que les causes. Deux techniques sont couramment utilisées, elles font appel soit à des agents toxiques (chlore et dérivés), soit à des agents floculants (sels de fer, chaux, ou autre floculants industriels ?).

4.5.1.1La chloration

La chloration est la méthode la plus efficace pour faire face aux situations de crise ou repartir sur des bases biologiques assainies. Il semble que de bons résultats soient obtenus à condition d'effectuer le traitement pendant au moins un âge de boues, toutefois si les causes ne sont pas supprimées les filamenteuses réapparaîtront au bout de quelques semaines. Le chlore permet de détruire les organismes vivants, tels que les organismes filamenteux, gênant une bonne décantabilité des boues. Les filaments sont à la fois dans le liquide interstitiel et dans les flocs, ceux présents dans le liquide interstitiel sont très vulnérables vis à vis d'un oxydant. Par contre, les filaments cachés dans le floc sont moins touchés lors de la chloration et sont parfois à l'origine d'un réensemencement ultérieur. Les bords anguleux des flocs sont eux aussi attaqués, ils deviennent blanchâtres avant de disparaître. On observe la mort simultanée d'un grand nombre de protozoaires libres. La chloration doit donc être contrôlée et appliquée à des doses maîtrisées, sous peine de mettre hors service tous les micro-organismes réunis pour la dégradation de l'eau usée ¹. Le chlore utilisé est, en général, celui de l'eau de javel du commerce à 48° chlorométriques, donc sous forme liquide. Il est admis que le dosage doit être compris entre 2 et 6 g de Cl₂.kg^-1 de MeS.j^-1. La dose ne doit pas dépasser 15 g de Cl₂.kg^-1 de MeS.j^-1. Le nombre de points d'injection doit être multiplié pour rester dans une fourchette de concentration locale entre 4 et 20 mg de Cl₂.l^-1. Au point d'injection l'agitation doit être maximale. Généralement, l'ajout de chlore s'effectue au débouché des conduites de recirculation, ou dans les dispositifs entre les bassins (s'ils existent), voire directement dans le bassin d'aération. Habituellement on arrête la chloration dés que l'indice de boue chute en dessous de 200 mg.l^-1. Souvent les effets du chlore se manifestent avec retard par rapport à l'injection. Il faut être prudent dans l'accroissement des doses mises en ?uvre, et ne modifier les réglages qu'avec un pas de temps supérieur ou égal à deux jours.

4.5.1.2Les agents floculants (Sels de fer et d'aluminium)

Ils ont une triple utilité. Ce sont des coagulants qui déchargent électriquement les colloïdes donc permettent de rapprocher les particules et favorisent la décantation. Ils précipitent les phosphates et les sulfures dans les boues. En bloquant les sulfures de l'effluent brut ou des boues en anaérobiose, ces réactifs suppriment le substrat préférentiel de certaines bactéries filamenteuses (Thiotrix). Il se pourrait aussi qu'agissant sur la disponibilité du phosphore, les réactifs affectent le métabolisme et diminuent ainsi la résistance des bactéries filamenteuses à certains stress ². Le fer a des effets inhibiteurs sur Sphaerotilus et sur les types 0041, 1701, 0961, 1863 mais ne semble pas avoir d'effet sur Microthrix, Nocardia, Haliscomenobacter ni sur le type 0092.

4.5.1.3Le cas particulier des biolfiltres

4.5.2Eviter les mousses physico-chimiques et biologiques par les floculants.

Le moussage est favorisé par l'accumulation dans le réacteur biologique d'acides gras volatils ainsi que par la production de produits tensioactifs. L'ajout d'additifs chimiques du commerce agissant sur les tensioactifs par précipitation des colloïdes et des lipides saponifiés empêche la formation de la mousse. Leurs modes d'action complexes sont toutefois rarement communiqués par les producteurs, des essais préalables sont nécessaires pour choisir celui qui convient le mieux. En vertu de son coût élevé ce traitement ne sera appliqué qu'à des situations très particulières ou en dernier recours (mise en service de nouvelle installations, traitement forte charge, apports importants en produits industriels tensioactifs?)⁴.

4.5.3Contre l'hydrogène sulfuré

La présence de H₂S au niveau d'une station est révélateur d'une zone d'anoxie dans le réseau d'assainissement ou dans la station elle-même. Nous l'avons vu, cette substance est très corrosive pour le génie civil et très dangereuse pour les hommes, c'est pourquoi il est intéressant de trouver une solution éliminant ces gaz directement au niveau des canalisations. La technique utilisée est l'injection d'oxygène dans l'effluent au niveau des postes de relevage lorsqu'ils existent. Si l'injection dans le réseau n'est pas techniquement possible, il faut employer des oxydants (tel que le chlorure ferrique ou l'eau oxygénée) qui ont pour effet d'oxyder H₂S en H₂SO₄^2-. Cette solution peut aussi être utilisée pour contrer des filaments tels que Thiothrix ou le type 021 N.

4.6 Les actions préventives

4.6.1Eviter les toxiques.

Les flocons normaux ont une dimension de vingt à deux cents micromètres et sont très hydrophiles. Si une eau ne forme pas de flocons, elle est dite en «croissance dispersée». Dans certains cas les flocons existent mais sont très petits, ils sont dits « pint of flocs » ou «en tête d'épingle».

Pour remédier à de tels accidents, des chercheurs se sont demandés s'il était possible de protéger les bactéries floculantes en les dotant de gènes de résistance aux métaux. Une équipe de Metz ⁵ a ensemencé de la boue avec une souche d'Alcaligenes eutrophus résistante aux métaux lourds. Le but était de voir si les gènes de résistance, localisés sur le plasmide, se transmettaient spontanément aux bactéries sensibles, malheureusement les résultats se sont révélés négatifs. Actuellement aucun moyen n'a été trouvé pour éviter les dégâts provoqués par l'action de produits toxiques sur les flocs. Le seul moyen de s'en prémunir est de leur interdire l'accès au réacteur biologique. Les grosses stations d'épuration qui fonctionnent sur plusieurs files de traitement parallèles peuvent se permettre d'en « sacrifier » une, qui servira de stockage si le toxique est détecté à temps. Une méthode consistant à créer un bassin de rétention aval peut parfois aussi être envisagée. Ces solutions restent coûteuses et sans grands résultats face au caractère imprévisible (et souvent nocturne) des rejets toxiques.

Pour se protéger du sel, les collectivités situées en bordure de mer doivent mettre en place un système de collecte séparatif, qui se justifie ici encore plus qu'ailleurs. Les eaux de débordement de la mer, ne se jetteront plus dans les bassins ce qui permettra d'éviter tous les tracas dus à une trop forte salinité. S'il n'existe pas de réseau séparatif il est impératif de surveiller le niveau de la mer (en cas de grosses marées ou de tempêtes) pour le cas échéant by-passer la station. C'est une solution qui doit, bien entendu, rester exceptionnelle, mais qui peut se concevoir dans certains cas, il vaut mieux neutraliser la station une journée que la laisser hors d'usage pendant plusieurs jours.

4.6.2Comment éviter les filamenteuses

Pour tenter d'y voir plus clair sur la structure des flocs ⁶, le CIRCEE associé à plusieurs laboratoires français, a commencé par les fragmenter au moyen d'ultrasons. Ce travail a permis d'étudier le mécanisme de formation des édifices biologiques (Figure 22). Il a montré que les bactéries, d'une taille de quelques micromètres, constituent, par mitoses successives, des micro-colonies circulaires d'un diamètre moyen de treize micromètres. Lors de l'étape suivante, plusieurs micro-colonies s'assemblent, sous l'influence de facteurs physiques, pour former un floc d'environ cent vingt cinq micromètres de diamètre.

Sur les grands flocs, les organismes eucaryotes, tels que les Protozoaires Peritriches coloniaux (Epistylis, Carchesium, Opercularia, Zoothamnium), sont accrochés vigoureusement, ils s'agglomèrent, se coagulent et renforcent la solidité de l'édifice en augmentant et stabilisant sa taille. Sur les petits, une autre faune spécifique colonise la surface, on note en particulier la présence de petits zooflagellés tels que Plueromonas jaculans. D'un réacteur à l'autre, la taille du floc peut aussi dépendre des espèces bactériennes qui le composent. La production d'exopolyméres varie, en nature et en nombre, en fonction de l'espèce. Si l'exopolymère est puissant les amas cellulaires seront gros et résisteront mieux aux forces de dispersion. Les études du CIRCEE ont aussi permis d'avancer des hypothèses sur le rôle de l'agglomération. Il semblerait en effet, que cette structure ait une triple fonction, à la fois de défense contre les prédateurs, de stockage d'éléments nutritifs à l'intérieur du floc, et d'exploitation optimale du milieu par les différentes espèces .

Le Tableau 3 suivant nous donne la correspondance entre la nature du filament observé (par la clé de détermination d'EIKELBOOM), l'origine supposée du problème et les remèdes possibles.

4.6.2.1Créer une zone de contact.

Les matières en suspension améliorent la structure et la cohésion du floc qui décante alors plus facilement. L'accessibilité du substrat est meilleure et sa disponibilité augmentée pour les organismes du floc. Une enquête, menée en 1982 en RFA, a montré que 70% des stations équipées d'un décanteur primaire étaient sensibles au foisonnement ⁷. La tendance actuelle est donc à éliminer ce décanteur primaire. De manière à améliorer encore ce phénomène, des techniques, dites de zone de contact on étés mises au point. Ce procédé vise à créer une augmentation locale de la concentration en substrat. Dans le schéma classique d'une station d'épuration à boues activées, le bassin d'aération est en permanence brassé pour homogénéiser parfaitement le milieu. Finalement les concentrations présentes sont très proches des concentrations de rejet après décantation.

La technique de la zone de contact consiste à faciliter la capture du substrat assimilable par les germes non filamenteux avant l'introduction des eaux résiduaires dans le bassin d'aération. Cette disposition, qui vise à recharger en nourriture le voisinage du floc, est déterminante dans la compétition entre formes floculantes et

formes filamenteuses. Par cet artifice technique les germes floculants (dont la capacité et la vitesse de capture du substrat sont supérieures à celles des germes filamenteux) seront avantagés. Ceci se traduit par une augmentation de leur taux de croissance. Dans la pratique on réalise le mélange de boues et d'eaux résiduaires dans des proportions définies lors d'essais préalables ⁸. Ce mélange est effectué dans un bassin en amont du bassin d'aération. Le temps de séjour doit y être bref (de l'ordre de quinze minutes). Il se déverse ensuite dans un bassin aéré où les concentrations en substrat et en nutriments sont plus faibles.

On peut aussi modifier le bassin d'aération pour en faire un bassin à écoulement piston (bassin compartimenté) ce système permet de créer un gradient des nutriments. A l'endroit de la réinjection des boues la concentration favorise le développement des bactéries floculantes. Il n'y a pas de mélange du bassin en longueur, l'écoulement s'effectue par gravité.

4.6.2.2Adapter l'oxygénation

Il est important d'avoir une bonne oxygénation, car le manque d'oxygène est souvent un facteur aggravant pour le foisonnement. S'il est relativement facile d'ajuster la teneur globale en oxygène dans le bassin, (il suffit d'agir sur quelques vannes pour augmenter ou diminuer le débit d'oxygène), il est plus difficile de détecter des zones d'anoxie locale. Il est important de pouvoir détecter ces zones où les aérateurs sont défectueux et les remettre en état. Des études ont été menées pour perfectionner le système d'aération. Pour être le plus efficace les bulles doivent avoir un rapport surface/volume le plus important possible, il faut donc produire de très petites bulles, car plus elles sont petites plus le rapport est important. Pour remédier aux problèmes de colmatage des diffuseurs classiques, ce sont maintenant des diffuseurs avec une membrane hémiperméable qui sont mis en place. Lorsque l'aération est arrêtée, l'impossibilité de retour d'eau dans les canalisations d'adduction d'air limite les risques.

4.6.2.3Apporter des Compléments en nutriments

La concentration en nutriments pris séparément, n'a que peu d'influence sur le foisonnement, c'est le déséquilibre DCO-Azote-Phosphore qui entraîne la prédominance de certains germes filamenteux. Il convient parfois de rajouter de l'azote ou du phosphore, de façon à ne pas avoir des doses, d'azote organique total et de phosphore total, inférieures,respectivement, à cinq unités et une unité pour cent unités de DBO. Il peut également y avoir foisonnement alors que l'effluent est apparemment équilibré en azote, c'est le cas des stations recevant des eaux de brasserie ou de l'industrie du poisson. L'azote y est effectivement présent en proportion suffisante mais sous forme difficilement assimilable, il convient alors d'apporter de l'azote organique facilement assimilable (urée, acides aminés)⁹.

6 Conclusion

Les méthodes d'épuration biologique sont des solutions bien adaptées pour traiter un effluent urbain essentiellement chargé de matières organiques, azote et phosphore. Quel que soit le procédé choisi il reste d'un coût d'exploitation plus fable que les procédés chimiques et présente ,en plus, le gros avantage de ne pas nécessiter d'apport de réactif. Cependant les microorganismes sont très dépendants du milieu dans lequel ils se développent. Les variations des caractéristiques physico-chimiques de l'effluent entraînent une modification de la faune qui s'y développe et donc de la qualité de l'eau rejetée dans le milieu. Pendant longtemps les gérants de station vivaient assez bien avec cette variabilité. Aujourd'hui les lois imposent des rejets de plus en plus strictes (loi sur l'eau N°92-3) et ce n'est certainement pas avec la nouvelle loi sur l'eau, qui est attendue avec impatience par les professionnels, que les choses vont s'assouplir. La gestion des stations biologiques est donc de plus en plus une histoire de professionnels compétents et qualifiés, capables de réagir rapidement face à un incident biologique et de mettre en place les solutions adéquates. Pour s'affranchir durablement de ces incidents il est important, dans la mesure du possible, d'agir dès la conception de la station. Le choix de la méthode ne doit pas s'effectuer uniquement sur des considérations techniques, il est important de prendre en compte les performance du système par rapport à la qualité de l'influent. Lorsqu'une station en place est en proie à des incidents biologiques de façon chronique, on peut envisager de modifier la conception de la station. Parfois de petits aménagements peuvent suffire à régler le problème et permettre un rejet d'eau épurée, de bonne qualité. Des systèmes plus sophistiqués ont aussi été imaginés tel que l'ensemencement avec des souches de bactéries génétiquement modifiées ou la mise au point de méthodes de filtration. Ces techniques séduisantes, restent mal maîtrisées dans le domaine de l'épuration, mais devraient se développer dans les années à venir.

AGENCE DE L'EAU. MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT
« L'ASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS : techniques d'épuration actuelles et évolution »
1994

AUBRIOT Anne
FACULTE DES SCIENCES DE REIMS
AGENCE DE L'EAU SEINE NORMANDIE DIRECTION VALLEES DE MARNE.
« ESSAIS D'APPROCHE DES CONNAISSANCES ACTUELLES SUR LES BACTERIES EPURATRICES REJETTEES DANS LE MILIEU NATUREL »
1992

CANLER J.P. PERRET J.M DUCHENE .P COTTEUX.E
« Aide au diagnostic des stations d'épuration par l'observation microscopique des boues activées »
éditions du Cemagref
1999

CENTRE NATIONAL DU MACHINISME AGRICOLE DU GENIE AGRICOLE, DU GENIE RURAL, DES EAUX ET DES FORETS.
Etudes du CEMAGREF Hors Série n° 4
« MISE AU POINT SUR LE FOISONNEMENT DES BOUES. Techniques actuelles de lutte »
1982

CENTRE TECHNIQUE DU GENIE RURAL DES EAUX ET FORETS
« LAGUNAGE NATUREL AERE : procédés d'épuration des petites collectivités »
1979

CONSEIL GENERAL DE LA SOMME
AGENCE DE L'EAU ARTOIS PICARDIE
« AMELIORATION DU TRAITEMENT DE L'AZOTE DES EFLLUENTS »
1989

DUCHENE P. PUJOL R. PAYRAUDEAU M. HYVRARD N. HUMBEY M.P. CAPELLIER M. LARIGAUDERIE A. BARILLOT L. TURGIS R. TROUSSELLE C.
CEMAGREF - A.R. - CISE - LYONNAISE DES EAUX - DUMEZ - S.A.U.R. - S.D.E.I. - SOGAEA
« GUIDE CONTRE LES MOUSSES BIOLOGIQUES STABLES DANS LES STATIONS D'EPURATION A BOUES ACTIVEES »
1993

DUHAMEL B.
ENGREF , OFFICE INTERNETIONALE DE L'EAU.
« LES BACTERIES FILAMENTEUSES DANS LE TRAITEMENT PAR BOUES ACTIVEE »
Mars 1998

EDDLINE F.
« L'EPURATION BIOLOGIQUE DES EAUX : théorie et technologie des réacteurs » 4^éme édition
Edition Cebedeau
1997

LAPRENT J.P. LAPORENT-GOUGAUT M.
« MEMENTHO TECHNIQUE DE MICROBIOLOGIE »
Editions Lavoisier
1990

LAPRENT-GOURGAUT M. SANGLIER J.J.
« Biotechnologies : principes et méthodes »
Edition Doin
1992

MINISTERE DE L'AGRICULTURE ET DE LA FORET
« ELIMINATION DE L'AZOTE DANS LES STATIONS D'EPURATION BIOLOGIQUES DES PETITES COLLECTIVITES »
1990

MINISTERE DE L'AGRICULTURE ET DE LA FORET
FOND NATIONAL POUR LE DEVELOPPEMENT DES ADDUCTIONS D'EAU
« GUIDE TECHNIQUE SUR LE FOISONNEMENT DES BOUES ACTIVEES »
1991

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. MINISTERE DE L'AGRICULTURE, CEMAGREF
« La maîtrise du foisonnement des boues par la technique de la zone de contact »
1994

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. MINISTERE DE L'AGRICULTURE, CEMAGREF
« Le foisonnement des boues activées : situation du problème en France »
1988

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. MINISTERE DE L'AGRICULTURE, CEMAGREF
« Prévention des dysfonctionnements biologiques en boues activées »
1995

MINISTERE DE LA RECHERCHE, MINISTERE DE L'AGRICULTURE
« LES ELEMENTS LES PLUS SIGNIFICATIFS DE LA MICROFAUNE DES BOUES ACTIVEES »
1993

MOLETA R.
BIOFUTURE 165
« Une carte d'identité moléculaire pour les microéboueurs »
Mars 1997

PEIGNEN P. MANEN J.
BIOFUTURE 178
« Des bactéries épuratrices »
Mai 1998

PUJOL R. VIRLOGET F. LARIGAUDERIE A. NAULEAU F. CANLER J.P. TROUSSELLE C. HALLOUIN J.H.BARILLOT L. TURGIS R. DUCHENE P.
« DYSFONCTIONNEMENTS BIOLOGIQUES DANS LES STATIONS D'EPURATION EN BOUES ACTIVEES »
Actes du colloque POLUTEC 94
1994

RIDEAU J.P. DRAKIDES C. CASTEIGNAU G. CHAZELON J.C.
MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT ET DU CADRE DE VIE AGENCE DE BASSIN LOIRE BRETAGNE FONDATION DE L'EAU
« Prévenir Diagnostiquer Supprimer les pertes de boues dans les stations d'épuration »
Mai 1980

SCRIBAN R.
« BIOTECHNOLOGIE 4^éme édition
Technique et documentation »
1993

VERDY B.
Agence de l'eau Seine-Normandie
« LES BIOMASSES EPURATRICES »
1996

ZANELLI F. ROBERT C.
ANJOU RECHERCHE. AGENCE DE L'EAU SEINE NORMANDIE
« INDICATEURs BACTERIENS DE L'EFFICACITE DES TRAITEMENTS OXYDATIFS »
1998

(*) extrait de :

CAILLEUX G. (2001) - L'épuration biologique: fonctionnements et dysfonctionnements. Mém. D.E.S.S. « Qualité et Gestion de l'Eau », Fac. Sciences, Univ. Picardie Jules Verne, 63 p.

adresse de l'auteur: Guillaume.cailleux@free.fr

adapté par Jacques.beauchamp@sc.u-picardie.fr

DYSFONCTIONNEMENT DES STATIONS D'EPURATION BIOLOGIQUE

**Guillaume CAILLEUX (*)**

4.5 Les moyens curatifs

4.5.1 Contre les filamenteuses