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Désinfection des eaux usées traitées

Position du Ministère

Mise à jour : décembre 2015


La position ministérielle en bref

La position du Ministère sur la désinfection des eaux usées traitées s’applique à toutes les eaux usées traitées (municipales, industrielles, commerciales, institutionnelles, agricoles et résidentielles). Elle se résume ainsi :

  • 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 cette protection est nécessaire.
  • Seuls les moyens de désinfection des eaux usées qui ne causent pas d'effets nocifs sur la vie aquatique et qui ne génèrent pas de sous-produits indésirables pour la santé publique sont admis.

D’une part, les moyens admis sont l’ozonation, le rayonnement ultraviolet, le lagunage et divers systèmes de filtration. D’autre part, les systèmes de chloration (incluant les systèmes de chlore gazeux, d’hypochlorite de sodium et de bioxyde de chlore) et de chloration-déchloration sont proscrits.

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Introduction

Dans le cadre de l’analyse des projets d’assainissement des eaux qui lui sont soumis, le Ministère a la responsabilité de s’assurer que ceux-ci protègent la santé publique et les ressources biologiques. Pour ce faire, le Ministère définit, au préalable, des objectifs environnementaux de rejet (OER). Les OER en coliformes fécaux permettent d’établir les niveaux requis de désinfection (active ou passive).

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 par le Ministère dès le début des années 1980. Aux endroits où le milieu récepteur le dicte, le Ministère a plutôt favorisé la mise en place d'équipements qui ne génèrent pas d'effets indésirables sur l’environnement et la santé publique.

La présente position ministérielle s’applique à la désinfection des eaux usées traitées, qu’elles soient municipales, industrielles, commerciales, institutionnelles, agricoles ou résidentielles. Elle précise les moyens de désinfection reconnus par le Ministère. Elle ne s’applique pas, par exemple, à l'utilisation d’oxydants pour le contrôle des moules zébrées aux prises d'eau potable et de la croissance biologique dans les eaux de refroidissement.

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1 - Les objectifs de la position ministérielle

L'objectif principal de la présente position ministérielle est de définir les balises pour la désinfection des eaux usées traitées au Québec en favorisant la mise en place de systèmes de traitement qui n'occasionnent pas de risques pour la santé humaine et l'environnement. De plus, elle vise à consolider les acquis des différents programmes d’infrastructures et à identifier les moyens de désinfection jugés acceptables par le Ministère.

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2 - La problématique

2.1 Les sources de contamination microbienne

La pollution microbienne découle de la présence, dans l’eau, de micro-organismes pathogènes (bactéries, virus ou parasites) issus de déjections humaines et animales provenant de diverses sources. Il peut s’agir de sources urbaines (stations d’épuration, réseaux d’égout, etc.), industrielles (eaux sanitaires et de procédé), rurales (installations septiques individuelles), agricoles (mauvaise gestion des lisiers) et naturelles (excréments d’animaux à sang chaud).

Ces rejets peuvent causer une contamination microbienne susceptible de compromettre la pratique sécuritaire des usages de l'eau, comme la consommation de mollusques ainsi qu'une pléiade d'activités récréatives de contact direct avec l'eau (dont la baignade, le ski nautique et la planche à voile) et de contact indirect avec l'eau (dont la pêche sportive, le canotage et la voile). Sans compter qu'une piètre qualité d'eau brute peut augmenter les difficultés de traitement de l'eau potable. Pour des raisons de santé publique, il se révèle donc souvent nécessaire de désinfecter les eaux usées avant leur rejet dans les eaux de surface.

2.2 Les pratiques de désinfection des eaux usées dans le monde

Les pratiques de désinfection des eaux usées varient sensiblement d’un pays à l’autre. Dans certains cas, la désinfection a été implantée de façon presque systématique, alors que dans d’autres elle n’est exigée que dans des situations particulières (comme pour la protection des eaux récréatives côtières).

a) Québec

En 1978, lors du lancement du Programme d’assainissement des eaux du Québec (PAEQ), le Québec a pu bénéficier de l’expérience acquise ailleurs dans le domaine de l’assainissement des eaux. À ce moment, les problèmes environnementaux associés à la chloration soulevaient déjà des inquiétudes, en particulier aux États-Unis. C’est dans ce contexte que la chloration a été rapidement proscrite dans le cadre du PAEQ.

L'atteinte des objectifs environnementaux de rejet (OER) définis par le Ministère s’est surtout faite par la mise en place d’équipements de désinfection aux rayons ultraviolets et de systèmes de traitement par lagunage. Les OER, spécifiques de chaque station d'épuration, sont basés sur les contraintes hydrodynamiques des cours d'eau récepteurs et sur le maintien des usages actuels et ceux naturellement souhaitables.

b) Canada

En 2009, Environnement Canada estimait que 69 % de la population canadienne était liée à un réseau d’égouts municipaux avec un traitement secondaire ou supérieur, que 18 % l’était avec un traitement primaire ou inférieur (surtout sur les côtes) et que 13 % devait traiter leurs eaux usées avec des installations septiques individuelles.

Historiquement, la chloration a été le moyen de désinfection privilégié. Sa popularité s’explique par son efficacité, son utilisation relativement simple et son faible coût (Environnement Canada et Santé Canada, 1993). Depuis que les effluents chlorés ont été ajoutés, en 1993, à la liste des substances toxiques de la Loi canadienne sur la protection de l’environnement, des mesures de mitigation (déchloration) et des solutions de rechange ont été mises en place à divers endroits. Le Règlement sur les effluents des systèmes d’assainissement des eaux usées, adopté par le gouvernement fédéral en 2012, spécifie que la concentration en chlore résiduel total à l’effluent doit être inférieure à 0,02 mg/l.

c) États-Unis

Aux États-Unis, la chloration des eaux usées a été implantée presque systématiquement dans l’ensemble des stations d'épuration. Les autorités voulaient ainsi éviter la contamination des cours d'eau par des micro-organismes pathogènes. Lorsque les travaux d’assainissement ont été entrepris dans les années 1950 et 1960, la chloration constituait, en fait, le seul mode de désinfection techniquement et économiquement viable.

En 1972, l'introduction de contraintes environnementales dans le système de permis américain (National Pollutant Discharge Elimination System – NPDES) a mis en lumière l'ampleur des problèmes environnementaux associés à la chloration. L’agence américaine de protection de l’environnement (USEPA) encourage maintenant de remplacer les systèmes de chloration par des systèmes de rechange (rayonnement ultraviolet, ozonation et acide peracétique essentiellement). Pour les stations existantes, comme les coûts de remplacement de ces systèmes sont élevés, les exploitants optent parfois simplement pour l'ajout d'une unité de déchloration aux endroits jugés problématiques. Par contre, dans le cadre de nombreux projets de réfection, la chloration est généralement remplacée par un système de désinfection aux rayons ultraviolets (UV). Depuis l’homologation de l’acide peracétique aux États-Unis, celui-ci fait dorénavant partie des solutions de remplacement envisageables.

d) Europe

En Europe, la Directive relative au traitement des eaux urbaines résiduaires (1991), qui contraint les États membres à traiter leurs eaux urbaines résiduaires avec un traitement secondaire ou un traitement équivalent (l’échéance était le 31 décembre 2005), n’impose pas d’obligation de désinfection.

Même si la désinfection des eaux usées n’y est pas systématique, les États européens favorisent de plus en plus la mise en place de procédés de rechange à la chloration. En France par exemple, le Conseil supérieur d’hygiène publique considère que la chloration ne constitue plus une solution adaptée pour la désinfection des eaux usées et il recommande plutôt l’ozonation, le rayonnement UV, la filtration et le lagunage.

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3 - Les moyens de désinfection reconnus

La désinfection des eaux usées vise l’inactivation ou la destruction des micro-organismes pathogènes présents dans les eaux usées. Pour que la désinfection soit efficace, les eaux usées doivent préalablement subir un traitement approprié. Le choix d'un moyen de désinfection doit se faire en considérant des contraintes techniques, économiques et environnementales. En ce sens, le mode de désinfection idéal est celui qui regroupe notamment les caractéristiques suivantes :

  • efficacité pour la plupart des micro-organismes pathogènes (bactéries, virus et parasites) sous différentes conditions;
  • absence de sous-produits indésirables formés à la suite de son utilisation;
  • produit 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 elle connaît un certain essor en raison de son efficacité microbienne et de certains autres bénéfices environnementaux (dont la réduction des concentrations de substances émergentes). Par ailleurs, depuis son homologation tant aux États-Unis qu’au Canada, l’acide peracétique pourrait constituer une solution de remplacement à considérer.

Bien qu’il soit possible de neutraliser le chlore résiduel par une déchloration, le Ministère proscrit les systèmes de chloration-déchloration compte tenu notamment de la présence de sous-produits organochlorés dans les eaux chlorées et déchlorées et de la disponibilité de moyens de remplacement viables.

3.1 Le 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). Il s’agit d’une technologie qui a connu un essor important au cours des dernières décennies et qui est maintenant très répandue dans le monde. Dans des milliers de stations d’épuration, notamment aux États-Unis, les unités de chloration ont été remplacées par des lampes UV.

Les principaux avantages de cette technologie sont l'absence de formation de produits secondaires indésirables, son opération simple et sécuritaire de même que son efficacité désinfectante, en particulier pour les virus. Toutefois, le rendement de cette technologie diminue avec une baisse de la transmissivité des eaux.

Sur le plan économique, les coûts se situent dans une gamme comparable aux systèmes de chloration-déchloration. Le rayonnement ultraviolet n'a pas d'impact notable sur l'environnement, car il ne nécessite aucun ajout de produit chimique et ne forme pas de sous-produits.

Le rayonnement ultraviolet est donc un moyen de désinfection très intéressant. En comparaison à la chloration-déchloration (coûts comparables), le rayonnement ultraviolet est relativement plus efficace pour inactiver les virus, plus sécuritaire pour le personnel de la station d'épuration, de même que pour le public (aucun transport de produits chimiques) et moins dommageable pour l'environnement.

3.2 Le lagunage

Le traitement des eaux usées par lagunage (étangs aérés et non aérés) se caractérise notamment par sa grande simplicité et son grand pouvoir tampon au regard des variations de charges organiques et hydrauliques. Le lagunage n’est pas en soi une méthode de désinfection, mais les micro-organismes entériques humains y survivent difficilement.

Une étude de l’INRS-Institut Armand-Frappier, sur l’enlèvement des micro-organismes pathogènes par les stations d’épuration, a permis de noter que les étangs aérés effectuaient un très bon abattement des micro-organismes suivis en été (Payment, 2006). L’efficacité microbiologique des étangs aérés dépend notamment du temps de rétention et du nombre de cellules. Ainsi, plus le temps de rétention dans les étangs est long et plus le nombre de cellules est grand, plus l'élimination des micro-organismes est importante. Par contre, en hiver, l’abattement des micro-organismes y est grandement réduit (notamment au niveau des virus) en raison de la réduction de l’activité biologique et de la luminosité (Payment, 2006).

Lorsqu’il peut être envisagé comme traitement principal des eaux usées, le lagunage constitue donc un mode de traitement avantageux et efficace à divers points de vue. En effet, les coûts d'investissement et d'exploitation sont relativement faibles, les risques pour la sécurité du personnel et du public sont minimaux et le temps de rétention prévu pour le traitement principal est souvent suffisant pour l'atteinte des OER en coliformes fécaux. Au besoin, une plus grande réduction des micro-organismes peut être obtenue en augmentant le volume des étangs et ainsi le temps de rétention.

Parmi les principaux désavantages du lagunage, mentionnons son efficacité microbiologique moindre en hiver, les grandes superficies qu’il nécessite, les coûts élevés en énergie liés à l’aération et ses concentrations, parfois problématiques, en azote ammoniacal.

3.3 L’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 ».

Parmi les avantages de l'ozone, citons son action très rapide et efficace sur les bactéries et les virus, ainsi que sa faible propension à générer des produits secondaires indésirables. L’ozonation ne nécessite aucun transport de produits chimiques et elle est plus sécuritaire pour le personnel de la station d'épuration que la chloration.

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 ainsi la formation de produits organochlorés. Aussi, 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. De plus, des essais pilotes effectués à la station d’épuration de Montréal suggèrent que l’ozonation offre de nombreux bénéfices environnementaux (dont l’absence de toxicité pour la truite mouchetée, la réduction de la génotoxicité de l’effluent et la réduction significative des concentrations de produits pharmaceutiques, de cosmétiques et d’agents tensioactifs).

Les désavantages de l'ozonation des eaux usées sont essentiellement d'ordre économique, puisqu’elle entraîne des coûts élevés d'investissement et d'exploitation. De plus, comme l’ozonation est susceptible de former des bromates (un sous-produit classé cancérogène), un suivi régulier de ce contaminant est nécessaire.

3.4 La filtration

Les filtres à sable ou à gravier sont utilisés depuis longtemps pour le traitement des eaux usées domestiques. Ils sont considérés comme faisant partie des technologies conventionnelles déjà éprouvées au Québec et ailleurs. Les installations sont construites sur place et simples d’exploitation. Ils 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 réputés efficaces pour la réduction des virus.

La filtration sur membranes (diamètre nominal de 0,01 et 0,1 µm) d’un effluent d’un réacteur biologique offre un abattement significatif des bactéries, soit une performance reconnue en coliformes fécaux de 200 UFC/100 ml. Selon Atasi (2006), un réacteur biologique membranaire peut entraîner un abattement allant jusqu’à 6 log des coliformes fécaux et de 3 log des virus. Par contre, l’abattement des virus est supérieur avec des membranes de nanofiltration ou d’osmose d’une porosité nominale inférieure à 0,001 µm.

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4 - Un moyen de désinfection à l’étude : l’acide peracétique

L’acide peracétique (C2H4O3) est un mélange d’acide acétique (CH3COOH) et de peroxyde d’hydrogène (H2O2) dans une solution aqueuse. C’est un liquide lumineux et sans couleur qui a une odeur agressive et un pH bas (2,8). Il s’agit d’un puissant oxydant caractérisé par un potentiel d’oxydation supérieur au chlore et au dioxyde de chlore. Cet oxydant est couramment utilisé comme nettoyant et désinfectant dans l’industrie alimentaire, dans le monde médical et dans l’industrie des pâtes et papier.

En juin 2013, l’Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire (ARLA) de Santé Canada a accordé l’homologation complète pour la vente et l’utilisation des produits Proxitane (mélange de peroxyde d’hydrogène et d’acide peracétique) et Proxitane WW-12 (produit injecté à l’effluent, constitué de Proxitane, d’acide acétique et d’autres substances inertes) pour le contrôle des bactéries dans les eaux usées des municipalités et leurs effluents (Santé Canada, 2013).

Dans la décision d’homologation, il est mentionné que, même si le Proxitane WW-12 peut être toxique pour certains organismes aquatiques, le risque d’exposition lié à son utilisation devrait être minime en raison de l’hydrolyse rapide de ses matières actives et de la dilution de l’effluent dans les eaux réceptrices (Santé Canada, 2013). Précisons qu’aucune concentration limite n’a été proposée pour la protection des milieux aquatiques. Par contre, certains États américains de même que le fournisseur précisent que la concentration du rejet ne doit pas dépasser 1,0 mg/l. La toxicité associée à un tel effluent préoccupe le Ministère.

Plusieurs études démontrent une efficacité réduite (< 30 %) pour l’abattement des virus à des doses de l’ordre de 5 mg/l et avec un temps de contact jusqu’à 60 minutes (Lyonnaise des eaux, 2002). Des essais effectués avec les eaux usées traitées de la station d’épuration de Montréal ont démontré que le PAA n’est pas viable pour la désinfection d’un effluent d’un traitement physico-chimique (R. Gehr, et coll., 2003).

Des essais pilotes devront être effectués au Québec sur des effluents de traitements secondaires ou tertiaires avant que le Ministère puisse statuer sur la pertinence d’utiliser ou non l’acide peracétique comme moyen de désinfection. À l’instar des projets de démonstration pour les traitements d’eaux usées, des essais pilotes pourront être soumis au Ministère, conformément au protocole d’essai (PDF, 269 ko) préparé à cet effet. La performance de l’acide peracétique pourrait ainsi être évaluée, par exemple, comme désinfectant principal dans des stations d’épuration de type secondaire, comme moyen de désinfection d’appoint dans les étangs aérés ou en complément à des systèmes UV. Ces essais permettront notamment de déterminer la dose nécessaire pour l’atteinte de la norme de rejet applicable, de connaître son potentiel toxique et d’évaluer son efficacité sur les virus.

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Conclusion

La présente position ministérielle s’applique à toutes les eaux usées traitées, qu’elles soient municipales, industrielles, commerciales, institutionnelles, agricoles ou résidentielles. Les moyens de désinfection admis par le Ministère sont le rayonnement ultraviolet, l’ozonation, le lagunage et divers systèmes de filtration. Le Ministère pourra éventuellement considérer d’autres moyens dans la mesure où ils seront acceptables pour l’environnement et la santé publique.

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Références

ATASI et coll., 2006. Membrane systems for wastewater treatment, Water Environment Federation, WEF Press McGraw-Hill, New York, 284 p.

ENVIRONNEMENT CANADA et SANTÉ CANADA, 1993. Loi canadienne sur la protection de l’environnement, rapport d’évaluation, eaux usées chlorées, Gouvernement du Canada, MAS En40-215/12-F, 34 p.

GEHR, R., M. Wagner, P. Veerasubramaniana et P. Payment, 2003. « Disinfection efficiency of peracetic acid, UV and ozone after enhanced primary treatment of municipal wastewater », Water Research, Volume 37, Issue 19, p.4573-4586.

LYONNAISE DES EAUX, 2002. Traitement des eaux usées urbaines, Centre International de Recherche sur l’Eau et l’Environnement, École Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de Strasbourg. 428 p.

PAYMENT, P. et R. GEHR, 2002. Comparaison de trois méthodes pour la désinfection des eaux traitées de la station d’épuration de la Ville de Montréal. Rapport conjoint de l’Institut Armand-Frappier et de l'Université McGill, 93 p.

PAYMENT, P., 2006. « Enlèvement des micro-organismes pathogènes et des bactéries indicatrices par les stations d’épuration des eaux usées municipales situées sur la rivière des Mille Îles », Vecteur Environnement, vol. 39, no 2, mars 2006, p. 60-72.

SANTÉ CANADA, 2013. Proxitane, décision d’homologation. Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire, RD2013-06, 5 p.

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