Traitement des effluents vinicoles

Traitement des effluents vinitcoles

L'élaboration des vins de qualité nécessite le respect de procédures d'hygiène qui entraîne l'utilisation de quantités importantes d'eau. Les eaux usées produites constituent, plus particulièrement pendant les vendanges, une source de pollution organique.

Ces effluents résultent des différentes opérations de lavage générées par l'activité vinicole : lavage du matériel de la récolte à la mise en bouteilles, lavage des sols du chai et eaux ou jus de détartrage.
Ils comprennent une partie insoluble et une partie soluble. Ce sont ces éléments en solution qui posent problème car ils sont rapidement dégradés par les micro-organismes lors du rejet des effluents dans le milieu aquatique. Cette dégradation s'accompagne d'une forte consommation d'oxygène pouvant provoquer l'asphyxie du milieu et entraîner la destruction de la faune piscicole.

C'est pour cette raison que le rejet direct des effluents vinicoles au milieu naturel sans traitement est strictement interdit. La règlementation impose à toutes les exploitations viticoles, quel que soit leur volume de production, de disposer d'une solution de traitement de leurs effluents de chai.

Station de traitement des effluents vinicoles

Caractérisation des effluents vinicoles

Quels sont les impacts des effluents vinicoles sur le milieu aquatique ?

Les effluents vinicoles, déversés directement au milieu naturel, polluent de manière importante et durable l'environnement. En effet, ils sont rejetés en grande quantité sur une courte période (50 à 60 % des volumes d'effluents sont produits pendant la période des vendanges et des premiers soutirages). Leur rejet est localisé et intervient en période d'étiage des cours d'eau. Il n'y a pas d'effet de dilution.

Enfin, du fait de leur forte concentration en matière organique facilement biodégradable, ils sont dégradés par les micro-organismes présents dans le milieu aquatique avec une forte consommation de l'oxygène dissous.

Impact des effluents sur le milieu aquatique

Comment mesurer la charge polluante des effluents vinicoles ?

L'installation d'un dispositif de traitement des effluents vinicoles nécessite une bonne connaissance du volume et de la concentration en éléments polluants des effluents. La mise en place d'un ou plusieurs compteurs permettra de mesurer précisément la consommation d'eau de l'activité vinicole. Pour les exploitations produisant plus de 500 hectolitres de vin par an, le relevé régulier des consommations en eau liée au process vinicole est une obligation règlementaire. Il est très facile de placer des sous-compteurs aux points d'eau dans le chai et à l'extérieur, s'il y a lavage de matériel vinicole, sans oublier celui de la machine à vendanger et des bennes.

La périodicité des mesures varie en fonction du mode de traitement retenu : mensuelle pour des systèmes extensifs comme l'épandage ou journalière pendant les périodes de forte activité (vendanges et premiers soutirages) pour des systèmes intensifs comme le traitement par boues activées ou pour des traitements collectifs ou en prestation de services. Le taux de pollution sera évalué à partir de prélèvements d'échantillons représentatifs.

pH	4.1 à 6.5
MES	0.15 à 1.5 g/L
DCO	8 à 35 g/L
DBO5	4 à 21 g/L
MA	0.04 à 0.2 g/L
MP	0.01 à 0.06 g/L

Volume d'eau consommée	150 litres par jour
MES	90 g 0.6 g/L
DCO	120 g 0.8 g/L
DBO5	60 g 0.4 g/L
MA	15 g 0.1 g/L
MP	4 g 0.027 g/L

La pollution des effluents vinicoles est souvent ramenée à la pollution domestique exprimée en équivalents/habitant. Le paramètre utilisé pour cette conversion est la DCO ou la DBO5.

Comment trouver la solution adaptée à votre exploitation ?

Il est souvent difficile pour les viticulteurs de choisir parmi les différentes solutions de traitement des effluents vinicoles.
Le choix ne doit pas se baser uniquement sur le coût initial mais doit résulter d'une réflexion qui prend en compte d'autres paramètres comme la situation géographique du chai (présence d'habitations à proximité du chai), la présence d'un système de traitement collectif, la proximité du réseau d'assainissement communal, la place disponible pour l'installation d'un dispositif de traitement individuel, les contraintes esthétiques, la possibilité de disposer de terres non viticoles et les coûts de fonctionnement.

Schéma des solutions envisageables

Procédés physiques de traitement des effluents vinicoles

Ces modes de traitement conduisent à la réduction du volume des effluents pour obtenir un concentré qui peut être valorisé. La concentration peut être obtenue, dans les régions où l'évaporation naturelle est importante (vent et/ou faible pluviométrie), par évaporation naturelle dans des bassins de faible profondeur ou par projection sur des panneaux alvéolaires et dans les autres régions sur des panneaux associés à une ventilation mécanique (évaporation forcée). La concentration peut également être réalisée par chauffage des effluents dans des évaporateurs à pression atmosphérique ou sous vide (évapoconcentrateur). La concentration par séparation membranaire ne permet pas de retenir l'ensemble de la charge organique soluble et doit donc être associée à un traitement complémentaire.

Traitement des effluents vinicoles par évaporation naturelle et forcée

Principe
Les procédés d'évaporation consistent à concentrer les effluents préalablement dégrillés sous l'action de la chaleur et surtout du vent. Les effluents peuvent s'évaporer naturellement dans des bassins étanches (évaporation naturelle) ou de manière optimisée par projection sur des panneaux alvéolaires (évaporation forcée). Ces procédés s'appliquent dans des régions à fort déficit hydrique. Dans les zones où le déficit hydrique est moins important, l'évaporation est accélérée par une ventilation mécanique. Le volume du bassin de stockage des effluents dépend des performances du module d'évaporation.
Schema de traitement des effluents par evaporation

Schema de traitement des effluents par evaporation

Schéma de traitement des effluents par évaporation

Mise en oeuvre
Le dispositif d'évaporation se compose d'un dégrillage fin pour éviter le colmatage, d'un bassin tampon et du module d'évaporation.

Station de traitement des effluents par evaporation

Station de traitement des effluents par évaporation

Panneaux dégrilleurs de station d'evaporation

Panneaux dégrilleurs de station d'évaporation

Traitement des effluents vinicoles par évapoconcentration à condensation fractionnée

Principe
Après fermentation alcoolique des sucres en éthanol, les effluents sont portés à ébullition pour extraire l'éthanol puis l'eau.

Mise en oeuvre
Pendant longtemps, cette technique n'a pas été appliquée à la dépollution en raison de son coût. Aujourd'hui, les améliorations apportées permettent d'utiliser cette technique pour le traitement des effluents vinicoles. Le condensat peut être valorisé en distillerie ou en agriculture. La consommation d'énergie nécessaire à l'évaporation est importante. Différents systèmes ont été développés pour réduire cette consommation.

Procédés biologiques de traitement des effluents vinicoles

Les procédés biologiques sont très utilisés pour traiter les effluents vinicoles. La matière organique est dégradée par des micro-organismes, essentiellement des bactéries, qui utilisent les produits de dégradation pour leur développement (accroissement de la biomasse). Il existe différentes techniques de traitement, la plus rustique étant l'épandage sur sol cultivé. Les autres techniques nécessitent la construction de stations d'épuration qui se distinguent par leur mode de fonctionnement, aérobie (avec apport d'oxygène) ou anaérobie (méthanisation sans apport d'oxygène).
Les modes de de traitement aérobies diffèrent en fonction du caractère continu et intensif du traitement (boues activées), semi-continu (aération séquentielle) ou discontinu (stockage aéré).
Les effluents vinicoles peuvent aussi faire partie d'un processus de compostage de sarments et de déchets végétaux sur l'exploitation. Ils apportent de la matière organique et servent surtout à humidifier le compost.

Traitement des effluents vinicoles par épandage

Principe
L'épandage des effluents vinicoles fait appel aux propriétés épuratrices du système sol-plante. Les effluents sont épandus sur un sol cultivé en période favorable à l'activité des micro-organismes. Le sol retient les particules les plus grosses et les micro-organismes qu'il contient assurent la dégradation de la matière organique contenue dans les effluents. Les plantes exportent les éléments fertilisants apportés par les effluents ou issus de la dégradation de la matière organique.

Mise en oeuvre

L'épandage des effluents vinicoles peut être effectué au moyen d'une tonne à lisier ou d'un dispositif d'aspersion.
L'épandage par aspersion concerne les exploitations qui disposent de terrains à proximité immédiate du du site de production. l'épandage peut être effectué au moyen d'un canon déplacé régulièrement ou d'un réseau d'asperseurs fixes.
L'épandage par tonne à lisier permet d'utiliser des terrains éloignés du site de production. Ce mode d'épandage, moins coûteux en investissement, demande plus de mains d'oeuvre.

L'épandage doit être réalisé sur des terres agricoles régulièrement cultivées (prairies, cultures céréalières...), en évitant tout ruissellement, toute stagnation ou toute percolation en profondeur. Les doses doivent être adaptées aux sols et aux conditions climatiques, réparties de manière homogène sur des sols bien ressuyés.
Il est interdit en période de gel, en période de fortes pluies, en périodes d'inondation et sur les terrains dont la pente est importante.

Epandage par la tonne a lisier

Traitement des effluents vinicoles par boues activées

Principe
Le traitement des effluents vinicoles par boues activées est un traitement intensif en continu réalisé dans des bassins compacts avec un apport d'oxygène important. Le temps de séjour des effluents est de quelques jours. Les effluents sont dégradés par une biomasse importante constituée principalement par des bactéries. Le ratio matière organique/masse de micro-organismes (charge massique) sert au dimensionnement des bassins de traitement.

Procédé traitement des effluents vinicoles par boues activées

Mise en oeuvre

Cette technique nécessite un tamisage fin (1 mm) et la correction des paramètres limitant le développement des micro-organismes (neutralisation des effluents et apport de nutriments). Les boues sont séparées de l'effluent vinicole traité dans un décanteur et renvoyées en tête de station afin de maintenir la population de micro-organismes à un niveau important.

Bassin d'aération traitement boues activées

Traitement des effluents vinicoles par aération séquentielle

Principe

Le procédé SBR (Sequencing Batch Réactor) correspond à un procédé à boues activées à alimentation discontinue. Il est basé sur la conduite d'un réacteur en mode séquentiel. Il comporte une série de cycles réalisés dans le même bassin et programmés par une horloge.

Traitement des effluents vinicoles par aération séquentielle

Mise en oeuvre
La première étape consiste à introduire dans le bassin d'aération un volume déterminé d'effluent vinicole provenant d'un stockage tampon. Les effluents sont ensuite aérés pendant une durée correspondant au temps nécessaire à la dégradation de la matière organique. La décantation constitue la troisième. Et enfin, un volume de surnageant égal au volume introduit initialement est pompé et rejeté dans le milieu naturel. A la suite de cette vidange, un nouveau cycle est engagé.

Procédé traitement des effluents vinicoles par aération séquentielle

Traitement des effluents vinicoles par stockage aéré

Principe
Le stockage aéré est un mode de traitement aérobie discontinu. Les effluents vinicoles sont dégradés par des micro-organismes dont le développement est favorisé par un apport d'oxygène. Cette technique comporte trois phases (aération, décantation et vidange) qui se déroulent dans le même ouvrage.

Procédés de traitement des effluents vinicoles par stockage aéré

Mise en oeuvre
Les effluents vinicoles sont envoyés dans un bassin de grande capacité équipé d'un système d'aération. La première étape est une étape d'aération et de brassage d'une durée de deux à huit semaines. A l'issue de cette étape, une décantation permet de séparer les effluents traités des boues. La troisième phase correspond au rejet des effluents traités dans le milieu naturel après vérification de leur conformité aux normes de rejet. Les boues sont évacuées tous les quatre ou cinq ans.

Bassin ouvert

Filtre à sable

Intérieur du bassin

Hydroéjecteur

Pompage des effluents traités

Bassin d'aération

Lit planté de roseaux

Traitement des effluents vinicoles par compostage

Principe
La technique de traitement des effluents vinicoles par compostage repose sur une dégradation de la matière organique par voie biologique et en aérobie, grâce à des humifications et des retournements réguliers, celle-ci étant stockée sur une plate-forme couverte et spécifique à cet usage.

Mise en oeuvre
Ce mode d'élimination des effluents, mis au point par la Chambre d'Agriculture de Gironde et l'entreprise Souslikoff, passe par un compostage des sarments de vigne broyés auxquels peuvent être ajoutés tout autre déchet organique issu de l'exploitation (rafles, marcs, tontes...). Les effluents vinicoles sont utilisés pour arroser les sarments qui sont très secs.

Dispositif de traitement par compostage - Vignalex

Traitement des effluents vinicoles par lits plantés de roseaux

Principe

La présence des végétaux induit de façon indirecte un certain nombre de mécanismes favorisant l'épuration : maintien de la structure du massif, apport d'oxygène dans le milieu filtrant et développement de la flore bactérienne. Parallèlement la présence des plantes empêche la matière organique retenue en surface de former une croûte imperméable qui gênerait l'infiltration des eaux.
Les tiges, par leurs oscillations, sous l'effet du vent maintiennent à leur base un anneau libre qui facilite la circulation hydraulique dans le massif et réduit le colmatage.

Lit planté de roseaux

Les plantes aquatiques, et particulièrement les roseaux, possèdent un tissu particulier permettant le transfert d'oxygène depuis les parties aériennes (tiges et feuilles), vers les parties souterraines : il est libéré au niveau des jeunes racines dans le film aqueux entourant le « chevelu racinaire ». Les bactéries épuratrices présentes à proximité de ces racines sont ainsi mieux alimentées en oxygène. Pour les filtres horizontaux, immergés en permanence, l'apport d'oxygène par ce biais est très largement inférieur à celui permis par l'alimentation par bâchées.

Mise en oeuvre
L'exploitation des capacités épuratoires des massifs filtrants plantés peut être mise en oeuvre de deux façons :

Soit par infiltration de l'eau verticalement dans des sols plantés de macrophytes et généralement drainés (filtre à flux vertical ou filtre vertical).

Le lit à flux vertical est un sol artificiel constitué de plusieurs couches de matériaux granulaires superposées dans lequel se développent les rhizomes. Pour favoriser l'oxygénation du filtre, les eaux à traiter sont injectées de manière séquentielle dans un réseau d'épandage placé à la surface du massif. Le réseau d'alimentation se trouvant en charge à chaque bâchée, l'effluent est réparti de façon régulière, évitant ainsi la formation de zones de saturation.
Les effluents percolent par gravité jusqu'à des drains au fond du bassin et sont ainsi évacués en partie basse du système.
Le temps de séjour assez court et l'alimentation par bâchées préviennent la saturation, permettent l'aération du massif et favorisent les phénomènes de dégradation aérobies.

Soit par circulation de l'eau dans la rhizosphère des macrophytes par cheminement horizontal sous la surface du sol (filtre à flux horizontal ou filtre horizontal).

Le lit à flux horizontal est un sol artificiel dont les granulométries sont échelonnées en barrières filtrantes selon un vecteur horizontal. Les eaux à traiter, injectées à l'une des extrémités du lit filtrant, pénètrent horizontalement dans la structure puis sont évacuées par drainage à l'autre extrémité.
L'alimentation est, en général, réalisée en continu, de manière à saturer en permanence les matériaux et à favoriser les phénomènes de dégradation anaérobie.
La seule aération possible est une faible aération de surface, complétée par le transfert d'oxygène au travers de la tige des roseaux.

Principe de lit planté vertical

lit planté horizontal (Source : CCR Ingegnerio)

Principe de lit planté horizontal

Traitement de finition des effluents de cave
La plupart des dispositifs de lits plantés de roseaux assurent le traitement d'effluent dont la teneur en DCO est proche de 1 gramme par litre pour atteindre les normes de rejets qui varient selon les régions de 100 à 300 grammes par lit. Le lit planté est généralement disposé en aval d'un bassin aérobie ou éventuellement d'un dispositif anaérobie associant selon les cas une épuration de 80 à 95% pour atteindre un niveau proche de 1 gramme de DCO par litre. Dans ce cas, parallèlement au traitement de finition, le lit planté peut parallèlement assurer une dégradation des boues du dispositif biologique amont.

Traitement des effluents par recirculation
Le potentiel de biodégradation limité d'un lit planté (environ 1 gramme de DCO/litre), peut être surmonté par une recirculation de l'effluent à partir d'un bassin tampon de stockage (sans aération). Ainsi, l'effluent est progressivement épuré au cours des percolations successives sur le dispositif (32 m³ d'effluent pour une surface de 27 m² de lit planté de roseaux).
Des essais réalisés dans une petite cave de la région Bordelaise ont permis de montrer la faisabilité de ce dispositif.
Selon le niveau de DCO de départ, l'épuration peut être obtenue dans un délai de 2 à 4 semaines.
Ce type d'application fait actuellement l'objet d'un projet de développement industriel.

Conclusion
Les lits plantés qui s'inspirent des écosystèmes de milieux humides, s'intègrent dans la diversité des dispositifs de traitement des effluents de cave et de pulvérisation.
La conception rustique, la simplicité de gestion, la faible consommation énergétique, la valorisation paysagère sont autant d'arguments qui intéressent les professionnels désireux de développer des démarches durables vis-à-vis des effluents de cave.
Le traitement de finition ou la gestion des boues des dispositifs issus du traitement des effluents domestiques est largement développé. Des développements plus novateurs (recyclage, traitement direct sur zéolitite) offrent des perspectives intéressantes pour l'avenir. Concernant les effluents de pulvérisation, cette technique doit faire l'objet de recherches complémentaires pour optimiser sa conception afin de gérer notamment l'accumulation de Cuivre et de Soufre.

Traitement des effluents vinicoles par méthanisation

Principe
La méthanisation est un procédé de traitement où la matière organique est dégradée par des bactéries anaérobies, en suspension ou sous forme de boues granuleuses dans un réacteur fermé. Ce traitement génère un dégagement de gaz carbonique et de méthane qui est généralement brûlé pour réchauffer les effluents. Cette technique produit moins de boues que les procédés aérobies.

Mise en oeuvre
Plusieurs procédés peuvent être appliqués aux effluents vinicoles : des procédés extensifs fonctionnant à température ambiante (bassins de méthanisation), procédés extensifs fonctionnant généralement à 35 °C (filtres anaérobies, lits de boues à température régulée).
Cette technique ne permet pas d'obtenir les normes de rejet imposées et doit être complétée par un système de traitement aérobie (boues activées par exemple).

Méthaniseur

Phytoremédiation

La phytoremédiation est une technique de dépollution utilisant les plantes pour réduire, dégrader ou immobiliser des composés organiques polluants du sol, de l'eau ou de l'air. Elle repose essentiellement sur les interactions entre les plantes, le sol et les micro-organismes présents dans le sol et est utilisée pour la décontamination d'eaux chargées en matière organique ou en contaminants divers (métaux, hydrocarbures, organochlorés, pesticides).

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