En milieu aquatique, un processus naturel de décomposition de la matière organique par les micro-organismes vivants (bactéries, algues, protozoaires) en présence d'oxygène dissous et de lumière se met en place, c'est l'auto-épuration.
Une station d'épuration n'est qu'un amplificateur de ce processus où le temps est remplacé par une concentration importante en micro-organismes en présence d'oxygène en quantité non limitante (par injection continue d'air).
Les stations d'épuration d'effluents urbains peuvent varier dans leur capacité de traitement tant au niveau quantitatif (capacité d'épurer une certaine quantité d'eau exprimée en équivalents habitants) qu'au niveau qualitatif (degré de dépollution ou type de dépollution). En règle générale, dans une station d'épuration, un prétraitement de l'eau est effectué. Ensuite, il est possible de distinguer des unités réalisant des traitements primaires, secondaires et tertiaires.
Le prétraitement
Le prétraitement est toujours effectué avec pour objectif essentiel d'éliminer les grosses particules et les déchets flottants par un dégrillage, un dessablage et un déshuilage.
Traitement primaire
Le traitement primaire, purement mécanique ou améliorée par l'adjonction de produit chimique (floculant et coagulant), consiste simplement en une décantation des matières solides en suspension dans l'eau. Cette étape est réalisée dans un bassin de grande dimension de manière à ce que les particules en suspension puissent se déposer au fond du bassin et être évacuées (boues primaires).
L'eau est ensuite conduite vers d'autres bassins où a lieu le traitement secondaire.
Le traitement primaire permet d'éliminer une bonne partie de la matière en suspension.
Traitement secondaire
Le traitement secondaire consiste à faire dégrader les matières organiques par des microorganismes. Ceux-ci peuvent être libres, on parle alors de « boues activées », ou fixées sur un substrat, on parle alors de « lit bactérien » ou de « biodisques ».
L'eau subit ensuite une clarification pendant laquelle les boues issues du traitement secondaire sont récoltées en faisant reposer l'eau dans un bassin de clarification (boues secondaires).
Au terme de ce traitement secondaire, la DBO5 diminuera puisque la matière organique aura été en majeure partie éliminée, jusqu'à 95 %.
Traitement tertiaire
L'ensemble de la Région wallonne ayant été désignée « zone sensible », la Directive relative au traitement des eaux urbaines résiduaires impose pour les stations de plus de 10.000 EH un traitement tertiaire.
Celui-ci consiste à diminuer en deçà d'un certain seuil la concentration en azote et phosphore total dans les eaux rejetées. Pour ce faire, selon les stations d'épuration et l'objectif recherché, l'eau peut passer une ou plusieurs fois alternativement par des bassins de traitement bactérien en milieu aérobie et anaérobie.
Le traitement tertiaire permet donc principalement l'élimination de l'azote et du phosphore.
Traitement quaternaire
Bien que les eaux épurées passent dans un clarificateur avant d'être rejetées dans le milieu extérieur, elles contiennent des quantités non négligeables de bactéries, protozoaires et autres microorganismes ayant participé à l'épuration de l'effluent. Après un délai variant notamment en fonction des conditions locales, les microorganismes seront naturellement éliminés dans le cours d'eau sous l'action des rayons ultra-violet, des prédateurs naturels, etc.
Cependant, dans certaines conditions, notamment si le rejet est effectué en amont d'une zone de baignade, les eaux épurées devront subir un traitement complémentaire de désinfection afin de diminuer la quantité de microorganismes rejeté. Cette désinfection peut se faire par l'intermédiaire d'un système utra-violet, d'une lagune de finition, etc.
