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Le nettoyage des eaux usées des communautés et des industries élimine ou réduit les bactéries pathogènes et les produits chimiques toxiques, fournissant ainsi une source d'eau sûre pour l'usage humain et agricole.
Le traitement biologique des eaux usées s'appuie sur des bactéries et d'autres micro-organismes pour décomposer les contaminants organiques (substances riches en carbone) en composés inoffensifs ou volatils. En règle générale, les gros solides sont d'abord éliminés, après quoi des boues activées (un mélange microbien concentré) sont ajoutées pour accélérer la décomposition. Les installations emploient des processus aérobies, anaérobies ou microbiens combinés, et leur efficacité dépend des caractéristiques des eaux usées et des méthodes choisies. Des étapes supplémentaires, telles que la filtration sur membrane, peuvent améliorer encore les performances.
Les microbes aérobies ont besoin d'oxygène et de nutriments organiques. En pratique, les eaux usées fournissent les nutriments tandis que l’air est pompé dans le réservoir de traitement. Le processus produit de l'énergie, du dioxyde de carbone et des solides décantés, et la biomasse riche en nutriments qui en résulte augmente le taux de digestion.
Les microbes anaérobies fonctionnent sans oxygène et décomposent plus lentement la matière organique. Ils génèrent du méthane, du dioxyde de carbone et de la biomasse anaérobie supplémentaire. Étant donné que les eaux usées contiennent souvent des charges organiques élevées, il est courant de les traiter d'abord avec des microbes anaérobies avant de passer aux étapes aérobies.
Le traitement aérobie est rapide et peut éliminer au moins 98 % des contaminants organiques. Son processus d'oxydation naturel produit des effluents plus propres que le traitement anaérobie seul, ce qui le rend adapté aux flux à grand volume.
La digestion aérobie nécessite une aération importante, consommant de grandes quantités d’électricité – provenant souvent de centrales à combustibles fossiles –, ce qui entraîne des émissions de gaz à effet de serre. Il produit également des biosolides importants qui doivent être gérés avec soin ; une élimination inappropriée peut déclencher l’eutrophisation et nuire à la vie aquatique. Enfin, certains produits chimiques récalcitrants (par exemple, produits pharmaceutiques, détergents, cosmétiques, composés industriels) peuvent persister après le traitement, nécessitant une filtration supplémentaire ou une oxydation avancée.
Comparé à la digestion aérobie, le traitement anaérobie est plus respectueux de l'environnement :il consomme moins d'énergie, génère moins de solides et produit du méthane qui peut être capté et réutilisé sous forme de biogaz.
Il s'agit d'un processus plus lent, qui n'élimine généralement que 70 à 95 % des contaminants organiques, et sa communauté microbienne cible une gamme plus restreinte de polluants.