Désinfection des eaux usées traitées

Position du Ministère

Mise à jour : avril 2021

• La position ministérielle en bref
• Introduction
• 1 - Les objectifs de la position ministérielle
• 2 - La problématique
• 3 - Les moyens de désinfection reconnus
• 4 - Les produits de désinfection homologués par l’Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire (ARLA)
• 5 - Les normes de rejet et l’application de la Position ministérielle
• Conclusion
• Références

La position ministérielle en bref

La Position ministérielle sur la désinfection des eaux usées traitées (la « Position ministérielle ») 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 (y compris les systèmes utilisant le chlore gazeux, l’hypochlorite de sodium et le bioxyde de chlore) et les systèmes de chloration-déchloration sont proscrits.

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 requiert, il 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 pour le contrôle de la croissance biologique dans les eaux de refroidissement.

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. Elle vise aussi à consolider les acquis des différents programmes d’infrastructures et à identifier les moyens de désinfection jugés acceptables par le Ministère. Finalement, elle précise la mise en application des normes de rejet dans le cadre de la délivrance des attestations d’assainissement municipales (AAM).

2 - La problématique

2.1 Les sources de contamination microbienne

La pollution microbienne découle de la présence, dans l’eau, de microorganismes 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 est 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.

Les objectifs environnementaux de rejet (OER) définis par le Ministère permettent de déterminer le niveau de désinfection requis, ce qui s’est principalement traduit par la mise en place d’équipements de désinfection aux rayons ultraviolets et de systèmes de traitement par lagunage. Les OER, spécifiques à chaque station d'épuration, sont basés sur les contraintes hydrodynamiques des cours d'eau récepteurs, sur le maintien des usages actuels et sur les usages 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 microorganismes 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 le remplacement des systèmes de chloration par des systèmes de rechange (rayonnement ultraviolet et ozonation, 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 remplacée par un système de désinfection aux rayons ultraviolets (UV). Depuis l’homologation de l’acide peracétique (PAA) aux États-Unis, celui-ci fait 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 faire subir à leurs eaux urbaines résiduaires 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 le recours à des procédés de rechange à la chloration. En France par exemple, le Haut conseil de la santé 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.

3 - Les moyens de désinfection reconnus

La désinfection des eaux usées vise l’inactivation ou la destruction des microorganismes 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 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 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 antimicrobienne 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 sur les virus. Toutefois, le rendement de cette technologie diminue avec une baisse de la transmissivité des eaux. De plus, la 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. Afin de répondre aux objectifs édictés par le Ministère, 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 devra être établie à 20 UFC/100 ml, soit avant la photoréactivation.

Sur le plan économique, les coûts se situent dans une gamme comparable à ceux des 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 avec 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 et 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 à l’égard des variations de charges organiques et hydrauliques. Le lagunage n’est pas en soi une méthode de désinfection, mais les microorganismes entériques humains y survivent difficilement.

Une étude de l’INRS–Institut Armand-Frappier, sur l’enlèvement des microorganismes pathogènes par les stations d’épuration, a permis de noter que les étangs aérés effectuaient un très bon abattement des microorganismes 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 microorganismes est importante. Par contre, en hiver, l’abattement des microorganismes 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 assurer un niveau de rabattement 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.

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 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. 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, selon de nombreuses études scientifiques, l’ozonation offre plusieurs bénéfices environnementaux, entre autres la réduction significative des concentrations de produits pharmaceutiques et de soins personnels, l’atténuation des effets des perturbateurs endocriniens (sans pour autant les inhiber), la réduction du caractère estrogénique de l’effluent ainsi qu’une diminution de la toxicité de l’effluent traité.

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. 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 réputés efficaces pour la réduction des virus.

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

4 - Les produits de désinfection homologués par l’Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire (ARLA)

Au Canada, les pesticides sont rigoureusement réglementés pour minimiser les risques qu'ils présentent pour la santé humaine et l'environnement. En vertu de la Loi sur les produits antiparasitaires, Santé Canada homologue les pesticides à la suite d'une évaluation rigoureuse et fondée sur des données scientifiques afin de s'assurer que les risques qu'ils présentent sont acceptables. L’Agence règlementaire de la lutte antiparasitaire (ARLA) de Santé Canada est chargée de la réglementation des pesticides au Canada et procède à l’homologation des produits de désinfection. L’homologation vise un usage particulier du produit, notamment la désinfection d’un effluent d’eaux usées traitées.

Avant qu’un nouveau produit désinfectant homologué par l’ARLA puisse être utilisé au Québec pour la désinfection d’eaux usées traitées, il doit aussi être approuvé par le Ministère. À l’instar des projets de démonstration pour les traitements des eaux usées, des essais pilotes pourront être soumis au Ministère, conformément au protocole d’essai (PDF, 339 ko) préparé à cet effet. La performance de ces produits 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 atteindre la norme de rejet applicable, de connaître son potentiel toxique et d’évaluer son efficacité sur les virus.

4.1 Acide peracétique (PAA)

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 clair 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 à celui du chlore et du 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 papiers.

En juin 2013, l’ARLA 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 allant 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'effluent d’un traitement physicochimique (R. Gehr, et coll., 2003).

5 - Les normes de rejet et l’application de la Position ministérielle

5.1 Stations d’épuration existantes

Pour les stations d’épuration existantes munies d’équipements de désinfection ou qui assurent l’abattement des coliformes fécaux par leur temps de rétention (ex. : étangs aérés facultatifs) ou par une barrière physique (ex. : réacteur biologique membranaire), la norme de rejet en coliformes fécaux et la période d’application de cette norme seront établies dans le projet d’attestation d’assainissement (préavis) par le Ministère. Lorsque la norme n’a pas été respectée au cours des années précédentes et que l’installation d’équipements est nécessaire, un programme correcteur comportant un échéancier réaliste pourra être établi dans le but d’assurer le respect de cette norme.

Dans certains cas, la période d’application de la norme de rejet en coliformes fécaux pourrait être modifiée lors de la préparation du projet d’attestation d’assainissement par le Ministère si les activités et les usages en place nécessitent une protection supplémentaire comme le prévoit l’article 31.37 de la Loi sur la qualité de l’environnement (LQE).

Par ailleurs, pour les stations de type étangs aérés 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 ne sera pas supérieure à 10 000 UFC/100 ml.

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

Lorsqu’une demande d’autorisation est présentée au Ministère pour l’établissement, l’agrandissement, la modernisation ou le remplacement d’une station d’épuration, les nouvelles normes de rejet en coliformes fécaux sont prescrites par le Ministère selon le Guide pour l’établissement des normes de rejet d’une installation de traitement des eaux usées d’origine domestique (PDF, 706 ko) et les objectifs environnementaux de rejet (OER). Conformément à l’autorisation délivrée, les normes s’appliquent dès la mise en fonction des nouveaux ouvrages de traitement. Une mesure d’encadrement légale supplémentaire sera mise en place par le Ministère lors de la délivrance ou de la modification d’une AAM. Cette mesure permettra notamment d’appliquer les articles 115.24 (sanctions administratives pécuniaires) et 115.30 (dispositions pénales) de la Loi sur la qualité de l’environnement.

5.3 Stations d’épuration visées par la liste des ouvrages municipaux à considérer pour l’ajout d’un système de désinfection

En ce qui concerne les stations d’épuration visées par la liste des ouvrages municipaux à considérer pour l’ajout d’un système de désinfection (PDF, 368 ko), l’exploitant municipal qui doit mettre en place les équipements requis pour la désinfection des eaux usées devra, dans le cadre de la mise en application de son AAM, mettre en œuvre un programme correcteur établissant une date d’échéance pour la mise en place des équipements requis pour la désinfection des eaux usées. Un plan d’action (PDF, 322 ko)requis dans le programme correcteur soutiendra la mise en œuvre des travaux.

Dans certains cas, il est possible qu’un suivi des coliformes fécaux à l’effluent final de la station d’épuration soit imposé dans l’AAM avant d’établir la norme de rejet.

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.

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, vol. 37, no 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., 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.