Epuration verte des eaux usées domestiques 

 
Site expérimental pour la réhabilitation
des eaux polluées

Lorsque le rejet d’eaux polluées ne peut être évité, la seule issue possible est de les assainir avant de les renvoyer dans l’environnement. Cela concerne essentiellement les eaux usées urbaines et industrielles.

Dans les pays industrialisés, les eaux domestiques usées sont le plus souvent collectées et acheminées vers des stations d'épuration, avant d'être rejetées, débarrassées d'une grande partie de leur pollution, dans le milieu naturel. Afin de généraliser encore davantage ces pratiques, la directive européenne du 21 mai 1991 impose désormais, à l'ensemble des pays de la Communauté et dans des délais déterminés, leur extension à des villes de moindre importance. Elle fixe en outre les conditions dans lesquelles le contrôle des rejets des stations d'épuration doit être effectué. Alors qu’en 1995, 89 % de la population française était déjà raccordée à un réseau d'assainissement, avec cette directive, ce seront toutes les communes de plus de 2000 habitants qui le seront, d'ici à la fin de l'an 2005.
Cette directive impose également aux petites collectivités ainsi qu’aux habitats dispersés, qui utilisent en règle générale des procédés plus rustiques tels que fosses septiques ou simples lagunages, un certain degré d'épuration des eaux usées avant leur rejet dans le milieu naturel, dont elle fixe les valeurs limites.

Quant aux effluents industriels, ils renferment toutes sortes de polluants : non seulement des rejets organiques, mais aussi des éléments toxiques parfois très difficiles à éliminer, comme des métaux lourds, des poisons organiques, des détergents, des hydrocarbures ou des solvants.
Les usines peuvent être raccordées à un réseau urbain d'égouts. Leurs eaux usées sont alors traitées dans des stations d'épuration classiques en même temps que les eaux urbaines. Cette épuration mixte est souvent techniquement et économiquement avantageuse. Mais elle n'est possible que si les effluents industriels ne renferment pas de substances toxiques pour le personnel ou susceptibles d’endommager le matériau des réseaux d'égouts, ou encore de nuire à l'exploitation des stations d'épuration ; en particulier, ils doivent être biodégradables et ne pas contenir de substances inhibant la croissance des bactéries qui réalisent l'épuration biologique. Les effluents industriels sont donc souvent prétraités avant d'être mélangés aux eaux urbaines : ils sont homogénéisés et refroidis, débarrassés des huiles, graisses et hydrocarbures ; les rejets acides ou alcalins sont neutralisés, et les sulfures et les éléments métalliques éventuellement présents éliminés.
Les usines peuvent aussi être équipées de leur propre station d'épuration ou fonctionner en circuit fermé en recyclant leurs eaux.

À leur arrivée dans une station d'épuration, les eaux brutes subissent d'abord un prétraitement de dégrossissage, destiné à extraire le plus possible de gros éléments, ou d'éléments gênants pour les traitements ultérieurs. Il consiste en un dégrillage et un tamisage (l’eau traverse une grille et un tamis qui retiennent les déchets), un dessablage (évacuation des sables et graviers déposés au fond des bassins), un déshuilage (récupération des graisses remontées en surface grâce à une injection d’air) et enfin, une évacuation et un traitement des sables et déchets ainsi récupérés.
Puis l'eau subit un premier traitement de décantation, destiné à éliminer les particules de plus grosse taille, lequel est parfois suivi de traitements physico-chimiques plus poussés (coagulation, floculation, clarification par décantation ou flottation), en vue d'éliminer les particules fines et très fines.
Tous ces traitements éliminent au mieux 70 à 80 % de la pollution organique carbonée. En revanche, ils ne suppriment qu'une faible partie de la pollution due à l'ammoniac, aux nitrates et aux phosphates.
Ces traitements sont donc complétés par une épuration biologique visant à éliminer les matières organiques carbonées et une partie de l'azote. Elle consiste à faire "digérer" et minéraliser la pollution organique par des bactéries, comme cela se passe naturellement dans les écosystèmes aquatiques (voir le chapitre Écosystèmes aquatiques continentaux) : les bactéries oxydent les composés organiques carbonés, produisant environ un tiers de gaz carbonique et d'eau, et deux tiers de biomasse bactérienne (boues en excès). On peut accélérer ce processus en oxygénant l'eau, l'épuration s'effectuant dans des bassins aérés où les bactéries sont en suspension dans l'eau (procédé à boues activées). On peut aussi faire passer les eaux usées dans des lagunes artificielles où l'épuration naturelle se développe, dès lors que le temps de rétention hydraulique est suffisamment long. On peut également faire ruisseler l'eau à travers des lits de matériaux solides et poreux (charbons, argiles, billes de polystyrène...), sur lesquels des bactéries ont été fixées en grand nombre.
D'autres procédés d'épuration complémentaires peuvent être mis en œuvre : procédés biologiques pour la pollution azotée, procédés physico-chimiques ou biologiques pour la pollution phosphorée.
Hors grandes stations d'épuration, il existe des systèmes biologiques extensifs valables pour de petites communautés, ou pour des effluents d'origine agricole ou agro-alimentaire.

Quand on vise des rendements d'élimination supérieurs à 90 %, on utilise parfois des traitements de finition : adsorption sur charbon actif pour éliminer les matières organiques carbonées non biodégradables (détergents, pesticides, ...), et/ou désinfection par des traitements physiques ou chimiques pour éliminer tout germe pathogène.

Enfin, se pose le problème du devenir des boues issues de cette épuration. Elles forment des déchets volumineux, qui contiennent 95 à 99 % d'eau, mais aussi des matières organiques et parfois, des micro-polluants organiques ou minéraux. Ces boues sont tantôt incinérées, tantôt mises en décharge, tantôt utilisées sous forme déshydratée comme engrais en agriculture. Mais cette dernière utilisation n’est pas sans risque, car elle peut entraîner une contamination des sols, notamment par des métaux lourds ou des microbes pathogènes qui peuvent ensuite entrer dans la chaîne alimentaire.