Bactéries et micro-organismes intervenant dans le traitement de l’eau
A quoi servent les bactéries?
La méthode biologique assainit les eaux usées et reste la plus utilisée dans le monde pour leur traitement. Cette technologie repose sur l’action de bactéries et autres micro-organismes pour décontaminer les eaux polluées. Ces organismes se nourrissent des déchets organiques, les transformant en énergie pour croître et se reproduire.
Ce procédé est crucial pour la santé humaine et la protection de l’environnement. Les stations d’épuration, concentrant les bactéries sur une petite surface, permettent de traiter la pollution bien plus efficacement qu’un milieu naturel, comme une rivière. En maîtrisant ce processus biologique, on évite l’eutrophisation et la prolifération de maladies.
Les eaux usées domestiques et les rejets industriels sont les principales sources à traiter. Grâce aux micro-organismes, ces effluents peuvent être recyclés, rendant possible un assainissement respectueux de l’environnement. Ces bactéries sont les véritables actrices invisibles du nettoyage de nos eaux.
En résumé : une station d’épuration fonctionne comme une ferme à microbes, cultivant ces organismes pour dépolluer à grande échelle. Ce processus illustre l’importance vitale des micro-organismes dans notre monde moderne.
Où sont présent ces bactéries ?
Les bactéries sont présentes à chaque étape du traitement des eaux usées. Selon leur environnement, elles forment des structures spécifiques, comme des flocs ou des biofilms, qui jouent un rôle clé dans la dégradation des polluants. Le tableau ci-dessous résume où elles se trouvent, sous quelle forme et à quoi elles servent.
| Où ? | Comment ? | Rôle |
|---|---|---|
| Bassins d’aération | Flocs (amas visibles dans les cultures libres) | Dégradation de la matière organique en suspension |
| Milieux fixés (biofiltres, disques biologiques) | Biofilms (couches adhérentes sur support solide) | Traitement continu des polluants sur les surfaces |
| Sortie de traitement | Présence résiduelle de microbes | Éliminés par UV ou chloration avant rejet |
Qui sont ces micro-organismes ?
Les paramètres influençant la croissance des micro-organismes
Tout d’abord, avant de comprendre les différents types de micro-organismes, il faut comprendre les paramètres influençant leur croissance. En microbiologie, on étudie comment les bactéries et microbes réagissent à ces facteurs importants pour leur développement efficace. Premièrement, la localisation géographique joue un rôle crucial dans la composition des eaux polluées traitées par la station. Deuxièmement, le type de bassin où les bactéries nettoyeuses sont cultivées a un impact significatif sur leur croissance. Troisièmement, les caractéristiques des eaux usées domestiques influencent la composition microbienne et les processus de décontamination nécessaires. Enfin, les paramètres d’exploitation du système, comme l’aération et l’agitation, modifient la croissance des micro-organismes. Ces facteurs provoquent des changements quantitatifs entre les bactéries autotrophes et hétérotrophes, influençant l’importance du traitement. Par exemple, le recyclage des eaux grises dépend de l’efficacité de ces processus microbiologiques bien équilibrés et contrôlés. Il est utile d’exposer le nom des méthodes utilisées pour mieux comprendre leur application spécifique.
Les bactéries présentes dans les stations d'épuration
Dans les stations d’épuration municipales, les bactéries Gram négatif, notamment les protéobactéries, prédominent, représentant entre 21 et 65% des micro-organismes. La microbiologie montre comment la classe Betaproteobacteria, abondante, joue un rôle majeur dans l’élimination des éléments organiques et nutritifs. Les autres embranchements importants incluent Bacteroidetes, Acidobacteria, Chloroflexi, et contribuent à la décontamination des eaux polluées. Les types de bactéries les plus nombreux, considérés comme des nettoyeuses microbiennes, sont Tetrasphaera, Trichococcus, Candidatus Microthrix, Rhodoferax, Rhodobacter, et Hyphomicrobium. Chaque nom de ces bactéries illustre leur importance et leur rôle crucial dans le recyclage des eaux usées domestiques. Ces exemples montrent comment les micro-organismes contribuent à la purification des eaux grises, exposant leur utilité pour l’environnement.
Autres micro-organismes : champignons et archéobactéries
L'impact de la température et de la situation géographique
La température influence la présence de certaines espèces, et la situation géographique affecte également la composition des espèces. En microbiologie, il est important de comprendre comment ces facteurs influencent les eaux polluées et leur traitement. Dans l’industrie, la dominance de micro-organismes spécifiques s’explique par leur capacité à biodégrader des composants des eaux usées industrielles. Ces micro-organismes agissent comme des nettoyeuses naturelles, dont l’importance est cruciale pour la décontamination des eaux polluées. La capacité à s’adapter à des environnements différents permet à ces microbes d’effectuer un recyclage efficace des eaux grises. Les espèces domestiques exposées à ces conditions démontrent leur utilité dans le traitement des eaux usées industrielles. Par exemple, comprendre le nom des espèces adaptées peut améliorer les processus de décontamination.
Classification des bactéries selon leur mode d'obtention de l'oxygène
Les bactéries, en microbiologie, sont classifiées selon comment elles obtiennent l’oxygène nécessaire à leur survie dans les eaux polluées. Dans le traitement des eaux usées, il existe trois types de bactéries : aérobie, anaérobie et facultative. Ces bactéries agissent comme des nettoyeuses biologiques, essentielles pour une décontamination efficace et le recyclage des eaux grises domestiques. Leur importance réside dans leur capacité à s’adapter à des environnements différents pour éliminer les microbes nuisibles. Parmi les exemples de ces bactéries, chaque nom reflète leur fonction spécifique dans le processus de purification. Il est utile d’exposer ces processus pour mieux comprendre leur rôle crucial dans l’assainissement des eaux usées.
Impacts des déséquilibres microbiens sur les systèmes de traitement
La présence de mauvaises bactéries ou l’absence de bonnes souches peut provoquer des problèmes dans les systèmes de traitement pollués. Ces problèmes incluent :
- Faible rendement biogaz du digesteur anaérobie : Les mauvaises bactéries peuvent réduire l’efficacité de la production de biogaz, compromettant le recyclage des matières organiques.
- Mauvaise floculation et sédimentation : Cela peut entraîner une mauvaise séparation des solides et des liquides, affectant la décontamination globale du système.
- Excès de bactéries filamenteuses : Peut provoquer des problèmes de flottation et d’obstruction des équipements, exposant les installations à des risques de panne.
- Excès en phosphore : Peut conduire à une eutrophisation des eaux réceptrices, compromettant l’importance des mesures de prévention environnementales.
- Faible rendement d’élimination de l’azote (NH4, NO3) : Provoque une pollution de l’eau avec des niveaux élevés de nutriments, affectant les eaux grises et domestiques traitées.
- Production d’odeurs désagréables : Générées par des bactéries indésirables, illustrant comment un déséquilibre microbien peut impacter l’environnement.
- Excès de consommation de réactifs chimiques : Pour compenser les déséquilibres microbiens.
- Production de mousses dans un digesteur anaérobie : Peut entraîner des dysfonctionnements et des pertes de capacité, limitant le traitement des eaux usées domestiques.
Solutions pour rétablir un traitement efficace
Il existe généralement trois façons de rétablir un bon traitement :
- Modification des réglages d’exploitation : En ajustant les paramètres, on peut permettre aux bonnes souches de recoloniser naturellement le milieu pollué.
- Élimination complète des micro-organismes en place : Lorsque la première solution échoue, cette méthode peut être envisagée. Cependant, elle est peu recommandée, car la biomasse mettra plusieurs jours à se développer, retardant ainsi le traitement.
- Injection de bactéries sélectionnées : Cette solution consiste à introduire des bactéries cultivées et multipliées pour reprendre l’avantage sur les bactéries indésirables présentes. Ce processus de décontamination est essentiel pour garantir l’efficacité des systèmes de traitement et la protection de l’environnement
Les applications fréquentes
La biotechnologie microbienne offre des applications scientifiques innovatrices d’un grand intérêt écologique et économique. Elle utilise efficacement les processus naturels de décontamination pour traiter la pollution des eaux polluées. Cette méthode est nettement moins coûteuse que les techniques conventionnelles physico-chimiques ou mécaniques, montrant l’importance de solutions durables.
Comment les bactéries diffèrent des méthodes de traitement habituelles réside dans leur capacité à utiliser des procédés naturels simples. Elles agissent comme des nettoyeuses naturelles, traitant la pollution sans créer de nouvelles contaminations. La plupart du temps, leur mise en œuvre nécessite un bioréacteur et des nutriments essentiels à leur multiplication en grand nombre. Le dosage est facile et ne nécessite que peu de temps d’exploitation, utile pour un traitement rapide des eaux usées domestiques. Ces systèmes peuvent aussi être adaptés pour le recyclage des eaux grises, prévenant ainsi des problèmes futurs de contamination. Exposer ces avantages est essentiel pour comprendre l’importance de l’intégration de telles technologies dans les infrastructures modernes.
Accélérer le démarrage d’une usine / Ensemencer rapidement une station mobile
La colonisation d’un milieu par les bactéries nécessaires et micro-organismes nécessaires à la dépollution dure généralement entre 4 et 8 semaines. Encore une fois, c’est la température qui impacte le plus ce temps de croissance.
Il existe des solutions pour réduire ce délai à une semaine environ, grâce à l’ensemencement avec des bactéries sélectionnées et multipliées. Il y a ici deux principaux avantages :
- Réduire le délai de mise en route d’une station d’épuration
- Accélérer le démarrage d’une unité de traitement mobile (lors d’une avarie sur l’usine principale par exemple)
La technique consiste à recirculer un savant mélange de substrat adapté et de bactéries sélectionnées pour qu’elles s’installent très rapidement. Dans ces conditions favorables, les bactéries forment rapidement des flocs ou des biofilms. Après quelques jours, le milieu est prêt pour le déversement des eaux usées.
Nous avons sélectionné une gamme de bactéries pour démarrer en une semaine votre installation dans des conditions normales, avec des températures d’eau entre 12 et 30°C.
Le dimensionnement est disponible sur la page optimisation microbiologique.
Corriger la présence de bactéries indésirables
Sur les stations de type boues activées, la présence de bactéries filamenteuse est un réel problème. D’abord, la solution consiste à extraire un maximum de boues, et d’augmenter l’aération. La reconquête du milieu par les bonnes bactéries peut remettre plusieurs jours. Si cela ne fonctionne pas, alors il est possible de détruire ces bactéries au chlore. Le problème, c’est que cela tue toutes les bactéries. Et puis il faudra attendre quelques semaines pour que les conditions normales soient de nouveau atteintes.
Tandis que la majorité des exploitants continuent l’injection de chlore, nous préconisons l’injection de bactéries dédiées. Comme pour le démarrage accéléré d’une usine, l’ajout massif de ces bonnes populations permet de rétablir rapidement l’équilibre dans les bassins.
Voici par exemple une illustration de l’élimination des flottants dans un clarificateur.
Le dimensionnement est disponible sur la page optimisation microbiologique.
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MBBR 2N-M.N-S
Traitement Biologique
Élimination des germes pathogènes
La qualité microbiologique de l’eau traitée est cruciale pour assurer la santé publique et la protection de l’environnement. Lors du traitement des eaux usées, l’élimination des germes pathogènes, tels que les bactéries, virus et protozoaires, est une étape essentielle pour garantir que l’eau est sécurisée pour la réutilisation ou le rejet dans l’environnement.
Les germes pathogènes présents dans les eaux usées peuvent causer des maladies graves si l’eau n’est pas traitée correctement. Voici quelques méthodes couramment utilisées pour éliminer ces micro-organismes dangereux :
- Chloration : L’ajout de chlore dans l’eau détruit les germes pathogènes. Cependant, cette méthode peut laisser des résidus chimiques et générer des sous-produits potentiellement nocifs.
- Désinfection UV : L’utilisation de la lumière ultraviolette (UV) est une méthode efficace pour détruire les micro-organismes sans laisser de résidus chimiques. Les systèmes de désinfection UV, tels que ceux proposés par 1h2o3, utilisent l’effet germicide des rayons UVc pour éliminer les microbes, virus, bactéries, champignons et algues présents dans l’eau.
- Ozonation : L’ozone est un puissant agent oxydant qui détruit les micro-organismes par oxydation. Cette méthode est efficace mais nécessite une gestion complexe et des coûts d’exploitation plus élevés.
Améliorer les performances de traitement
En éliminant les graisses et huiles responsables de la dégradation du milieu
Les bactéries lipophiles sont spécialisées pour la dégradation des graisses et des huiles animales et végétales dans les STEP urbaines et dans les sites industriels de traitement. Ces bactéries sont facilement adaptables à tous les systèmes de traitement utilisés actuellement.
Sur le marché, il existe des produits tels que des bactéries et des enzymes complètement naturelles, conçues et sélectionnées pour leur capacité à solubiliser et à digérer les graisses et les boues. Certaines bactéries sont tellement spécialisées dans la dégradation des graisses qu’elles sont capable de dégrader les charges hautes, jusque 300 000 mg/L de DCO.
Le dimensionnement est disponible sur la page optimisation microbiologique.
En accroissant la présence de bonnes bactéries
Comme on peut s’y attendre, la technique consistant à injecter un mélange de substrat adapté et de bactéries sélectionnées est encore la plus efficace. Ainsi, l’istallation très rapide de celles-ci dans le milieu permet d’améliorer les rendements d’épuration sur les systèmes suivants :
- Boues activées (aération fines bulles)
- Lagunes et étangs naturels et artificiels
- Biofiltres
- Lits bactériens
- Disques biologiques
Le dimensionnement est disponible sur la page optimisation microbiologique.
En rajoutant les bactéries pour le traitement d’eau froide ou chaude
La majorité des micro-organismes se développe généralement plus rapidement à des températures élevées, jusqu’à 38°c max. Cependant, leur développement devient très lent en dessous de 12°c, voire quasi nul en dessous de 5°C. Ces températures basses sont souvent atteintes lorsque les stations d’épurations sont situées dans des zones géographiques telles que le Canada ou au nord de l’Europe. Lors de la fonde des neige, ces bactéries doivent traiter la pollution alors qu’elles se trouvent dans des eaux froides. La parade principale consiste à augmenter significativement la taille de l’usine pour pallier au manque d’activité microbienne. Cependant, cette solution pourtant encore largement pratiquée, est très onéreuse.
Au contraire, certains process industriels génèrent des eaux supérieures à 38°C. Les bactéries les plus communes ne peuvent pas survivre dans ces conditions.
C’est pour cela qu’il existe des mélanges de bactéries efficaces pour le traitement des différentes eaux. Ainsi, avant un évènement froid par exemple, il est possible d’ensemencer au préalable le réacteur biologique avec les bactéries spécialement sélectionnées pour ces conditions. Elles prendront alors le dessus sur les populations déjà en place, et permettront d’assurer un traitement efficace le de ces conditions difficiles.
Nous disposons d’une sélection de bactéries pour ces conditions difficiles :
- eaux froides (entre 1°C et 12°C),
- eaux chaudes (entre 30°C et 50°C ou plus)
Le dimensionnement est disponible sur la page optimisation microbiologique.
Les outils de dimensionnement
Dans la rubrique Outils, vous trouverez toutes les informations mathématiques et chiffrées qui vous permettront de dimensionner un projet.
FAQ
Quels sont les principaux types de micro-organismes ?
Les micro-organismes regroupent plusieurs familles : les bactéries, qui sont des cellules vivantes très répandues ; les virus, des particules infectieuses qui ont besoin d’une cellule hôte pour se multiplier ; les champignons microscopiques, comme les levures et les moisissures ; les protozoaires, souvent mobiles et présents dans les milieux aquatiques ; et les micro-algues, capables de photosynthèse. Chacun remplit un rôle spécifique dans l’environnement ou dans des procédés techniques comme le traitement de l’eau ou la production d’énergie.
Quelle est la différence entre un microbe, un germe et un micro-organisme ?
Un micro-organisme est le terme scientifique qui désigne tout être vivant invisible à l’œil nu : bactérie, levure, champignon, etc. Le mot microbe est plus courant, souvent utilisé pour désigner ces mêmes êtres, mais avec une connotation de nuisance. Enfin, germe est un terme médical qui désigne tout agent infectieux, qu’il soit bactérien, viral ou parasitaire. Ces mots désignent donc des réalités proches, mais dans des contextes différents.
Toutes les bactéries sont-elles dangereuses ?
Pas du tout. Si certaines sont pathogènes, comme celles responsables d’infections alimentaires ou respiratoires, la majorité des bactéries sont inoffensives voire essentielles. Dans les stations d’épuration, elles sont choisies pour leur capacité à dégrader les polluants organiques. D’autres vivent dans notre intestin, nous aident à digérer ou servent à produire du yaourt, du fromage ou des médicaments. Les bactéries sont donc autant des alliées que des menaces, selon leur nature et leur usage.
Qu’est-ce que la biologie synthétique ?
La biologie synthétique est une branche de la science qui consiste à concevoir ou modifier des micro-organismes pour leur attribuer des fonctions spécifiques. Par exemple, on peut reprogrammer des bactéries pour qu’elles produisent de l’insuline, du bioplastique ou qu’elles dépolluent un environnement. Ce domaine est en plein essor et offre des solutions innovantes, en s’appuyant sur les capacités naturelles des micro-organismes tout en les optimisant.
Pourquoi utiliser plusieurs micro-organismes dans une station d’épuration ?
Parce que chaque type de micro-organisme a un rôle précis et complémentaire. Les bactéries aérobies transforment les matières organiques en présence d’oxygène, tandis que les anaérobies le font en milieu fermé. Les protozoaires régulent la population bactérienne et améliorent la clarté de l’eau. Dans certains procédés avancés, on utilise aussi des champignons ou des algues. Cette diversité biologique permet un traitement plus efficace, stable et adapté à la nature des pollutions rencontrées.
