Le traitement primaire des eaux usées vise à éliminer les solides en suspension ou flottants ainsi qu’une partie notable de la pollution organique. Plus il est efficace, plus la charge sur le traitement biologique diminue, ce qui réduit la consommation d’énergie et la production de boues, tout en améliorant la performance globale de la station de récupération des ressources de l’eau (StaRRE).
Plusieurs grandes municipalités québécoises ne disposent encore que d’un dispositif de traitement primaire pour éliminer la pollution organique. L’obligation réglementaire d’installer des traitements biologiques avancés est un enjeu complexe pour la mise à niveau de ces StaRRE, souvent situées dans des zones urbaines denses où l’espace est limité.
Face à l’augmentation des débits, à la variabilité des pluies et aux contraintes d’espace, les traitements primaires avancés permettent d’atteindre des performances supérieures dans une emprise réduite, s’imposant comme une solution particulièrement adaptée aux StaRRE urbaines du Québec.
Traitement primaire classique
Les systèmes de décantation primaire classiques reposent sur la séparation gravitaire, qui permet aux particules lourdes de se déposer au fond et aux matières flottantes d’être évacuées en surface. Des produits chimiques sont ajoutés pour améliorer la séparation des matières.
Typiquement, ces procédés permettent de réduire les matières en suspension (MES) de 50 à 70 % et la demande biochimique en oxygène sur 5 jours (DBO₅) de 25 à 40 %. Malgré des résultats appréciables, ils présentent plusieurs limites : faible efficacité sur les particules fines et colloïdales, emprise au sol importante, coûts d’exploitation élevés liés à l’utilisation de produits chimiques et performances souvent insuffisantes pour satisfaire aux normes environnementales québécoises actuelles.
Traitement primaire avancé
Pour dépasser les limites du traitement classique, diverses technologies avancées ont été mises au point, offrant un meilleur enlèvement, une plus grande compacité et une adaptation accrue aux variations de charge, tout en étant plus efficaces sur le plan énergétique.
En effet, une meilleure capture du carbone permet de réduire l’énergie d’aération requise au traitement biologique subséquent. De plus, en augmentant la fraction de matière organique dirigée vers la digestion anaérobie, ces systèmes favorisent la production de biogaz. Ces technologies incluent la décantation avec floculation lestée, le tamisage fin et la filtration primaire sur média.
Décantation avec floculation lestée
Le procédé de la décantation avec flocs lestés consiste à ajouter un agent lestant, plus dense, combiné à un conditionnement chimique (coagulants et/ou polymères) afin de former des flocs lourds à décantation rapide. Associée à la décantation lamellaire, cette technologie permet d’atteindre des charges superficielles de 5 à 10 fois supérieures à celles des décanteurs traditionnels. Plusieurs agents de lestage peuvent être utilisés, notamment les boues recirculées, le microsable et la magnétite.
Ses principaux atouts sont sa compacité élevée, sa mise en régime rapide et la qualité élevée de l’effluent produit. Il s’agit aussi d’un procédé qui tolère mieux les pointes de turbidité que le tamisage fin. En revanche, il requiert un dosage accru de réactifs chimiques, une exploitation plus exigeante et une instrumentation complexe. La perte d’agent de lestage (sable, magnétite) peut en outre engendrer des coûts d’exploitation et accélérer l’usure des équipements en aval.
Au Québec, quelques StaRRE exploitent déjà avec succès des décanteurs primaires en utilisant des boues recirculées comme agent de lestage.
Tamisage FIN
Différentes technologies de tamisage fin peuvent être utilisées comme traitement primaire, y compris :
- les tambours rotatifs ;
- les bandes filtrantes ;
- les filtres à disques.
Ces technologies fonctionnent toutes par tamisage de l’eau, retenant efficacement les MES, les débris et une partie de la charge organique. Cette approche crée une barrière systématique fixée par la taille des mailles du tamis. Il s’agit également d’un procédé modulaire, composé de plusieurs unités autonomes, ce qui facilite l’entretien et assure la redondance. En contrepartie, le tamisage est plus vulnérable aux pointes de MES et nécessite une maintenance accrue, surtout lorsqu’il est combiné à un dosage chimique important.
Filtration primaire sur média
La biofiltration, développée dans les années 1970, combine la filtration physique et l’activité biologique d’un biofilm fixé sur un média (voir article de Marc-André Labelle, « Vers un renouveau en matière de biofiltration au Québec, » publié dans le magazine Source en mars 2023). L’évolution du média vers les garnissages plastiques – en ce qui a trait à la composition, à la surface spécifique et à la géométrie – a permis de faire progresser la technologie vers un procédé de filtration primaire performant, sans aération ni recours à des produits chimiques. Son fonctionnement repose simplement sur des lavages à contre-courant pour éviter le colmatage et maintenir les performances hydrauliques.
La filtration primaire permet des enlèvements de l’ordre de 70 à 80 % pour les MES et de 35 à 60 % pour la DBO5, soit un gain substantiel comparativement à la décantation classique. Ce procédé très compact peut également être intégré à un biofiltre secondaire au sein d’un seul ouvrage, sans recours systématique à des coagulants ou floculants, ce qui réduit de façon marquée les coûts de fonctionnement.
Certaines installations en activité depuis près de 10 ans traitent jusqu’à 250 000 m³/jour par temps sec et 500 000 m³/jour en période pluvieuse, avec une réduction d’emprise de 85 % par rapport au traitement primaire classique.
Une nouvelle ère pour le traitement primaire
L’intégration de traitements primaires avancés représente une évolution structurante pour les infrastructures québécoises. Au-delà de la conformité réglementaire, ces technologies s’inscrivent dans une vision moderne de la gestion de l’eau : optimisation énergétique, récupération des ressources et adaptation aux contraintes urbaines.
Les investissements associés étant significatifs, il est essentiel que les choix technologiques soient faits de façon éclairée, en s’appuyant sur des essais pilotes sur le terrain et des visites de sites permettant de s’inspirer des réalisations à l’étranger.
À terme, ces solutions joueront également un rôle déterminant dans l’amélioration de la gestion des surverses et dans l’atteinte des objectifs de protection des milieux récepteurs. Le traitement primaire ne sera plus seulement une étape préliminaire : il deviendra un outil clé de la performance environnementale et énergétique des StaRRE du Québec.
