Le lagunage technique d’épuration naturelle des eaux usées

LE LAGUNAGE

Le lagunage est une technique d’épuration naturelle des eaux usées particulièrement efficace en ce qui concerne la dégradation de la matière organique. Des villes comme Rochefort-sur-Mer (en Charente-Maritime) ou encore Mèze (dans l’Hérault) ont opté pour cette solution. Cette technique est aussi utilisée par des particuliers résidant en zone rurale pour lesquels le raccordement au tout-à-l’égout est difficile. Dans cet exercice, on s’intéresse à la relation entre la surface des bassins de lagunage et leur capacité d’épuration. Le lagunage à Mèze Les eaux usées de la ville sont collectées par les égouts puis acheminés vers le lagunage. La station de lagunage de Mèze est composée de plusieurs bassins qui sont chacun ensemencés de différentes bactéries. Dans les six premiers bassins, les bactéries anaérobies vont provoquer une minéralisation qui va transformer 70% à 80% de la matière organique en eau, sels minéraux et gaz. Ces composés vont s’écouler par trop plein vers un autre bassin, pour être utilisés par les phytoplanctons dans leur processus de photosynthèse. La finition du traitement se fait dans les trois derniers bassins. Les bactéries qui se sont développées dans les effluents vont être consommées par les différentes espèces de zooplancton. La surface totale de lagunage est d’environ 15 ha, elle est dimensionnée pour traiter les eaux usées d’une population de 15 000 personnes. On considère qu’il y a globalement une relation de proportionnalité entre la surface de lagunage et sa capacité d’épuration.

L’indice permanganate (IP) est une grandeur qui permet d’estimer la concentration en matières organiques présentes dans les eaux de surface et les eaux potables. Cet indice correspond à la masse de dioxygène qu’il aurait été nécessaire d’utiliser à la place de l’ion permanganate MnO4–, pour oxyder les matières organiques contenues dans un litre d’eau à analyser. L’indice permanganate s’exprime en mg de dioxygène par litre d’eau à analyser (mg.L-1). La législation française précise que, pour une eau destinée à la consommation humaine, l’indice permanganate doit être inférieur à 5,0 mg.L-1.La capacité d’épuration est proportionnelle à la différence d’indices permanganate (IP0 – IPs), où IP0 représente l’indice de permanganate des eaux usées avant traitement et IPs l’indice permanganate en sortie de la station de traitement. La surface de lagunage S est alors donnée par l’expression suivante : S = k.(IP0 – IPs). Protocole de détermination de l’indice permanganate Le protocole se déroule en 3 étapes : Étape 1 : la matière organique d’un échantillon d’eau à analyser est oxydée en milieu acide à chaud par une quantité connue d’ions permanganate introduits en excès. Étape 2 : une fois toute la matière oxydée, on introduit dans le milieu réactionnel une quantité connue d’ions oxalate C2O42–.

Les ions oxalate sont introduits, eux aussi, en excès : leur rôle est de réagir avec les ions permanganate encore présents. Étape 3 : pour finir, on dose les ions oxalate restants à l’aide d’une solution de permanganate de potassium. Dans un ballon, introduire un volume de 50,0 mL de l’eau à analyser, 3 grains de pierre ponce et un volume de 5,0 mL d’acide sulfurique de concentration molaire 2 mol.L-1. Introduire, dans l’ampoule de coulée, un volume de 20,0 mL d’une solution S1 de permanganate de potassium (K+(aq), MnO4–(aq)) de concentration molaire 2,00 × 10–3 mol.L-1. Adapter un réfrigérant à eau sur le ballon bicol. Mettre en route la circulation d’eau puis le chauffage. Verser la solution de permanganate de potassium lorsque le mélange commence à bouillir. Maintenir une ébullition douce pendant 10 minutes. Enlever l’ampoule de coulée, puis ajouter, à l’aide d’une pipette, un volume de 20,0 mL d’une solution S2 d’oxalate d’ammonium (2NH4+(aq), C2O42–(aq)) de concentration molaire 5,00 × 10–3 mol.L-1. Arrêter la circulation d’eau, laisser refroidir à l’air et verser le contenu du ballon dans un erlenmeyer. Introduire un barreau aimanté dans l’erlenmeyer. Remplir la burette graduée avec la solution titrante S1. Placer l’erlenmeyer sur l’agitateur magnétique puis verser lentement la solution titrante S1 dans le mélange. Cesser l’ajout lorsque la teinte rosée persiste pendant plus de 30 secondes.

Noter alors le volume VE de solution S1 versé à l’équivalence. Un couple de résidents d’une petite commune du centre de la France a opté pour le lagunage afin d’effectuer l’épuration des eaux usées de son habitation. La surface totale des bassins de leur mini-station est de 15 m². L’indice de permanganate des eaux usées avant traitement par la mini-station de ce foyer de deux personnes vaut IP0 = 11 mg.L-1. Une détermination de l’indice permanganate de l’eau rejetée dans la nature après passage par leur mini-station est réalisée afin de savoir si cette eau respecte la législation française sur le plan de la pollution organique. La mise en œuvre du protocole de détermination de l’indice permanganate sur un échantillon d’eau prélevé à la sortie du lagunage permet de mesurer un volume équivalent VE = 3,9 mL.