Directive gouvernementale sur la désinfection des eaux usées traitées

La pollution microbienne dans l’eau découle de la présence de microorganismes pathogènes (bactéries, virus ou parasites) issus de déjections humaines et animales, qui proviennent de diverses sources :

• urbaines (stations d’épuration, réseaux d’égout, etc.)
• industrielles (eaux sanitaires et de procédé)
• rurales (installations septiques individuelles)
• agricoles (mauvaise gestion des lisiers)
• naturelles (excréments d’animaux à sang chaud)

Ces rejets peuvent causer une contamination microbienne susceptible de compromettre la qualité de l’eau et la pratique sécuritaire de ses différents usages, comme la consommation de mollusques et les activités récréatives aquatiques (baignade, pêche sportive, canotage, voile, etc.). Une piètre qualité d'eau brute peut aussi rendre plus difficile le traitement de l'eau potable.

Il est donc souvent nécessaire de désinfecter l’effluent, c’est-à-dire les eaux usées rejetées dans l’environnement par une station d’épuration. Pour cela, les systèmes de traitement qui n’occasionnent pas de risques pour la santé humaine et pour l’environnement sont favorisés. Certains moyens de traitement sont proscrits, comme la chloration des eaux usées. Ce traitement entraîne des problèmes de toxicité aiguë en raison des concentrations de chlore résiduel dans l'effluent et de la formation de sous-produits organochlorés, dont certains sont potentiellement cancérigènes.

Des objectifs environnementaux de rejet (OER) sont définis afin d’assurer la qualité de l’eau. Les OER en coliformes fécaux permettent d’établir les niveaux requis de désinfection. Les recommandations suivantes s’appliquent à tous types d’eaux usées (municipales, industrielles, commerciales, institutionnelles et agricoles) :

• La désinfection des eaux usées traitées doit être exigée lorsque la protection des usages du milieu récepteur le requiert et durant les périodes de l’année où elle est nécessaire.
• Seuls les moyens de désinfection des eaux usées ne causant pas d'effets nocifs sur la vie aquatique et ne générant pas de sous-produits qui peuvent poser un risque pour la santé publique sont admis.

Ces informations représentent la position sur la désinfection des eaux usées traitées du ministère de l’Environnement, de la Lutte contre les changements climatiques, de la Faune et des Parcs (position ministérielle).

Le respect des normes de rejet en coliformes fécaux est exigé pour les stations d’épuration. Ces normes, prescrites par le ministère de l’Environnement, de la Lutte contre les changements climatiques, de la Faune et des Parcs (MELCCFP), sont indiquées dans une autorisation ou dans l’attestation d’assainissement municipale de chacune des stations.

Stations d’épuration existantes

Les stations d’épuration existantes sont munies d’équipements de désinfection ou assurent l’abattement des coliformes fécaux par leur temps de rétention (ex. : étangs aérés facultatifs) ou par une barrière physique (ex. : réacteur biologique membranaire). Pour ces stations, la norme de rejet en coliformes fécaux et la période d’application de cette norme sont établies dans une autorisation ou dans l’attestation d’assainissement municipale.

Dans le cadre de la délivrance de l’attestation d’assainissement municipale, lorsque la norme établie pour une station n’a pas été respectée au cours des années précédentes et que l’installation d’équipements est nécessaire, un programme correcteur avec un échéancier réaliste est établi.  Si les activités et les usages en place nécessitent une protection supplémentaire, la période de suivi peut être modifiée.

Pour les stations de type « étang aéré » comportant minimalement trois cellules et ayant un temps de rétention hydraulique de conception supérieur ou égal à 13 jours, la norme de rejet fixée dans l’attestation d’assainissement municipale ne sera pas supérieure à 10 000 UFC/100 ml.

Établissement, agrandissement, modernisation ou remplacement d’une station d’épuration

Lorsqu’une demande d’autorisation est présentée pour l’établissement, l’agrandissement, la modernisation ou le remplacement d’une station d’épuration, des normes de rejet en coliformes fécaux sont prescrites. Elles sont déterminées à l’aide du Guide pour l’établissement des normes de rejet d’une installation de traitement des eaux usées d’origine domestique (PDF 706 Ko) et des objectifs environnementaux de rejet (OER).

Les normes s’appliquent dès la mise en fonction des nouveaux ouvrages de traitement. Une mesure d’encadrement légale supplémentaire sera mise en place lors de la délivrance ou de la modification de l’attestation d’assainissement municipale.  

Stations d’épuration à considérer pour l’ajout d’un système de désinfection

Plusieurs stations d’épuration sont visées par la liste des ouvrages municipaux à considérer pour l’ajout d’un système de désinfection (PDF 203 Ko), étant donné que leur effluent présente une contamination bactériologique. L’exploitant municipal de la station doit mettre en place les équipements requis pour la désinfection des eaux usées afin de respecter la norme établie dans son attestation d’assainissement municipale. Selon le plan d’action (PDF 332 Ko) produit, le MELCCFP établit alors un programme correcteur avec une date d’échéance pour la mise en place des équipements de désinfection.

La désinfection vise l’inactivation ou la destruction des microorganismes pathogènes présents dans les eaux usées. Pour que celle-ci soit efficace, les eaux usées doivent d’abord subir un traitement approprié. Le choix d'un moyen de désinfection se fait en considérant des contraintes techniques, économiques et environnementales.

Le mode de désinfection idéal est celui qui présente, notamment, les caractéristiques suivantes :

• Efficacité sur la plupart des microorganismes pathogènes (bactéries, virus et parasites) sous différentes conditions;
• Absence de sous-produits indésirables formés après son utilisation;
• Sécuritaire pour les humains et la vie aquatique;
• Facilité d'utilisation;
• Coûts d'investissement et d'exploitation économiquement viables.

Les moyens de désinfection les plus couramment utilisés dans le monde demeurent la chloration, la chloration-déchloration, le rayonnement ultraviolet et le lagunage.

L’ozonation est peu répandue, mais connaît un certain essor en raison de son efficacité antimicrobienne et de certains autres bénéfices environnementaux, comme la réduction des concentrations de substances émergentes.

Chloration et chloration-déchloration

En raison des problèmes de toxicité aiguë découlant des concentrations de chlore résiduel à l'effluent et de la formation de sous-produits organochlorés (dont certains sont potentiellement cancérigènes), la chloration des eaux usées a été proscrite au Québec dès le début des années 1980. C’est aussi valable pour les systèmes utilisant le chlore gazeux, l’hypochlorite de sodium et le bioxyde de chlore ainsi que les systèmes de chloration-déchloration.

Rayonnement ultraviolet

Ce mode de désinfection des eaux usées consiste à faire passer les eaux dans un canal ouvert muni de lampes à rayons ultraviolets (UV).

Cette technologie a connu un essor important au cours des dernières décennies. Dans des milliers de stations d’épuration en Amérique du Nord, les lampes UV ont remplacé les unités de chloration.

Avantages

Les principaux avantages de cette technologie sont :

• une absence de formation de produits secondaires indésirables;
• une opération simple et sécuritaire;
• une efficacité désinfectante, en particulier sur les virus.

Inconvénients

Le rendement de cette technologie diminue avec une augmentation de la turbidité des eaux.

Une photoréactivation peut être observée chez certaines bactéries, dont E. coli, qui possèdent une enzyme de réparation appelée « photolyase ». Cette enzyme répare, à l'aide de la lumière visible, les modifications causées à l'ADN des microorganismes lorsqu'ils ont été exposés aux rayons ultraviolets lors de la désinfection. Il est important de tenir compte de cette réactivation potentielle. Présentement, au Québec, on considère que les bactéries peuvent se réactiver par un facteur de 10 dans le cours d’eau. Par exemple, si l’objectif environnemental de rejet est de 200 UFC/100 ml, la norme de rejet à l’effluent sera établie à 20 UFC/100 ml avant la photoréactivation.

Lagunage

Le traitement des eaux usées par lagunage (étangs aérés et non aérés) n’est pas une méthode de désinfection en soi, mais les microorganismes d’origine fécale y survivent difficilement. C’est une méthode simple qui possède un pouvoir tampon important à l’égard des variations de charges organiques et hydrauliques.

Avantages

Lorsqu’il peut être envisagé comme traitement principal des eaux usées, le lagunage constitue un mode de traitement avantageux et efficace car :

• Des coûts d'investissement et d'exploitation sont relativement faibles;
• Des risques pour la sécurité du personnel et du public sont minimaux.

Le temps de rétention prévu pour le traitement principal est souvent suffisant pour assurer un niveau d’abattement acceptable des concentrations de coliformes fécaux. Au besoin, une plus grande réduction des microorganismes peut être obtenue en augmentant le volume des étangs et, ainsi, le temps de rétention.

Les étangs aérés demeurent la technologie la plus fiable pour l'abattement des coliformes fécaux en période estivale puisqu’il s’agit d’un phénomène naturel qui ne requiert aucune intervention particulière des exploitants.

Inconvénients

Parmi les principaux désavantages du lagunage, on retrouve :

• Les grandes superficies qu’il nécessite;
• Les coûts élevés en énergie liés à l’aération;
• Une efficacité microbiologique moindre en hiver.

En hiver, l’abattement des microorganismes est grandement réduit (notamment au niveau des virus) en raison de la réduction de l’activité biologique et de la luminosité.

Ozonation

L'ozone est un gaz instable que l'on doit générer sur place, dans les stations d'épuration, au moyen d'une décharge électrique produite dans de l'air ou dans de l'oxygène. L'opération consiste à transformer l'oxygène sous forme O₂ en oxygène sous forme O₃.

Avantages

Parmi les avantages de l'ozone, on peut citer :

• Une action très rapide et efficace sur les bactéries et les virus;
• Une faible propension à générer des produits secondaires indésirables;
• Une utilisation sécuritaire ne nécessitant aucun transport de produits chimiques;
• Plus sécuritaire que la chloration pour le personnel de la station d'épuration.

Sur le plan environnemental, l'ozonation des eaux usées constitue une solution avantageuse, car la matière organique est oxydée à l'oxygène plutôt qu'au chlore, ce qui prévient la formation de produits organochlorés.

Même si l'ozone résiduel est très toxique pour la vie aquatique, il est rarement trouvé en quantité significative après la désinfection des eaux usées en raison de sa réaction rapide avec les différentes substances contenues dans les eaux.

Selon de nombreuses études scientifiques, l’ozonation offre ainsi plusieurs bénéfices environnementaux :

• Une réduction significative des concentrations de produits pharmaceutiques et de soins personnels;
• Une atténuation des effets des perturbateurs endocriniens (sans pour autant les inhiber);
• Une réduction du caractère estrogénique de l’effluent;
• Une diminution de la toxicité de l’effluent traité.

Inconvénients

L'ozonation entraîne des coûts élevés d'investissement et d'exploitation.

De plus, comme l’ozonation est susceptible de former des bromates (un sous-produit classé cancérigène), un suivi régulier de ce contaminant est nécessaire.

Filtration

Le principe de filtration est connu depuis longtemps et consiste à faire circuler les eaux usées à travers une matrice comme du sable, du gravier ou des membranes.

Filtration à sable ou à gravier

Les filtres à sable ou à gravier sont utilisés depuis longtemps pour le traitement des eaux usées domestiques.

Les installations sont construites sur place et sont simples d’exploitation. Elles peuvent constituer une solution avantageuse lorsque les OER ne sont pas trop contraignants (> 50 000 UFC/100 ml en coliformes fécaux).

Toutefois, les systèmes de filtration granulaire ne sont pas efficaces sur les virus.

Filtration sur membranes

La filtration sur membranes (diamètre nominal de 0,01 et 0,1 µm) de l’effluent d’un réacteur biologique membranaire offre un abattement significatif des bactéries, soit une performance reconnue de 200 UFC/100 ml en coliformes fécaux.

L’Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire (ARLA) de Santé Canada est chargée de la réglementation et de l’homologation des produits de désinfection d’eaux usées traitées.

L’acide peracétique pourrait, depuis son homologation aux États-Unis et au Canada, constituer une solution de désinfection à considérer.

Processus d’approbation

Avant d’être utilisé au Québec pour la désinfection d’eaux usées, un nouveau produit désinfectant homologué par l’ARLA doit être approuvé par le MELCCFP. Des essais pilotes doivent être réalisés pour évaluer la performance du produit comme, par exemple :

• Désinfectant principal dans des stations d’épuration de type secondaire;
• Moyen de désinfection d’appoint dans les étangs aérés;
• Complément à des systèmes UV.

Ces essais permettront notamment de déterminer la dose nécessaire pour atteindre la norme de rejet applicable, de connaître son potentiel toxique et d’évaluer son efficacité sur les virus.