8. traitement tertiaire...page 3 sur 51 figure 8.1 : distribution de composés d’orthophosphates...
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8 TRAITEMENT TERTIAIRE
Le traitement tertiaire parfois deacutecrit comme un traitement avanceacute est geacuteneacuteralement effectueacute
apregraves un traitement biologique suivi drsquoune eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo Le traitement
tertiaire peut ecirctre de diffeacuterente nature tel que la deacutephosphatation la deacutesinfection la reacuteduction
de lrsquoazote ammoniacal ou encore la reacuteduction de lrsquoazote total Dans ce preacutesent chapitre les
traitements tertiaires abordeacutes sont 81 laquo Deacutephosphatation raquo et 82 laquo Deacutesinfection raquo
81 DEacutePHOSPHATATION
Au cours de la derniegravere deacutecennie la prolifeacuteration des cyanobacteacuteries aussi appeleacutee algue
bleu-vert a pris de lrsquoampleur dans certains milieux lacustres au Queacutebec Pour contrer cette
situation le gouvernement a produit le Plan drsquointervention sur les algues bleu-vert - 2007-
2017 Suite agrave la publication de ce plan le gouvernement a produit en 2009 la Position
ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique Cette position ministeacuterielle reacuteviseacutee agrave quelques reprises preacutecise diffeacuterents
eacuteleacutements dont ces deux objectifs
La reacuteduction des concentrations de phosphore dans les eaux useacutees rejeteacutees dans les
eaux de surface est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le
requiert
La meilleure technologie disponible compte tenu des contraintes techniques
eacuteconomiques et environnementales doit ecirctre mise en place pour reacuteduire les
concentrations de phosphore dans les eaux useacutees
Au Queacutebec les exigences en phosphore varient entre 01 et 1 mg PL Pour les projets
municipaux de plus de 100 m3d un enlegravevement minimum de 60 est de plus exigeacute Comme
le phosphore particulaire excegravede rarement 15 du phosphore total des eaux useacutees brutes
domestiques une deacutecantation primaire retient tregraves peu de phosphore Ceci est drsquoautant plus
vrai pour les fosses septiques puisqursquoil y a solubilisation partielle du phosphore particulaire
accumuleacute sur une longue peacuteriode suite agrave une digestion des boues Sans ajout de produit
chimique une deacutecantation primaire enlegraveve de 5 agrave 10 du phosphore total alors qursquoune boue
activeacutee retient de 10 agrave 20 du phosphore total (USEPA 1987a)
Une reacuteduction importante du phosphore soluble est neacutecessaire pour atteindre des rendements
supeacuterieurs agrave 20 de reacuteduction La laquo deacutephosphatation biologique raquo qui requiert une alternance
de zones anaeacuterobiques et aeacuterobics nrsquoest pas deacutecrite dans le preacutesent document malgreacute qursquoelle
peut enlever plus de 20 du phosphore total sans lusage de produit chimique Advenant des
propositions de traitement avec une laquo deacutephosphatation biologique raquo elles seront analyseacutees selon
la litteacuterature scientifique pertinente mais devront inclure les eacutequipements de dosage de produits
chimiques afin de pallier aux deacuteficiences possibles du systegraveme biologique
Le deacutephosphatation chimique neacutecessite des eacutequipements approprieacutes et une exploitation
adeacutequate des infrastructures afin de transformer suffisamment de phosphore soluble en
phosphore particulaire permettant une reacuteduction adeacutequate du phosphore total suite agrave une
seacuteparation laquo solide-liquide raquo Cinq sous-chapitres preacutesentent la deacutephosphatation soit 811
laquo Analyses du phosphore raquo 812 laquo Sources et concentrations du phosphore raquo 813
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laquo Deacutephosphatation chimique raquo 814 laquo Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de
performances eacutepuratoire raquo et 815 laquo Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique raquo
811 Analyses du phosphore
Le phosphore peut ecirctre caracteacuteriseacute sous la forme inorganique ou organique Le phosphore
inorganique est la somme du phosphore reacuteactif et condenseacute alors que le phosphore total
laquo Pt raquo est la somme du phosphore inorganique et du phosphore organique
Enfin lrsquoanalyse du phosphore peut ecirctre reacutealiseacutee sur un eacutechantillon filtreacute ou non filtreacute Les
analyses reacutealiseacutees sur le liquide filtreacute soit le filtrat sont associeacutees au phosphore dissous
laquo Pd raquo aussi appeleacute phosphore soluble Le phosphore particulaire laquo Pp raquo aussi appeleacute
phosphore en suspension srsquoobtient par diffeacuterence entre lrsquoanalyse de lrsquoeacutechantillon non filtreacute et
lrsquoanalyse du filtrat La membrane utiliseacutee pour la filtration a typiquement 045 microm comme
diamegravetre drsquoorifices (USEPA 2009) La fraction colloiumldale dont la taille se situe entre 0001
et 1 microm se retrouve en partie dans lrsquoanalyse de la fraction soluble et en partie dans la
fraction particulaire
Des deacutetails des meacutethodes drsquoanalyse du phosphore se retrouvent sur le site du Centre
drsquoexpertise en analyse environnementale du Queacutebec (CEAEQ) du ministegravere du
Deacuteveloppement durable de lrsquoEnvironnement et de la Lutte contre les changements
climatiques (MDDELCC) Si les reacutesultats sont exprimeacutes en laquo PO4 raquo ils devront ecirctre diviseacutes
par 31 pour les exprimer en laquo P raquo eacutetant donneacute le rapport des poids moleacuteculaires (PO4P =
94971 g30975 g = 3066 asymp 31)
Phosphore inorganique
Lrsquoapproche usuelle pour analyser le phosphore reacuteactif est par colorimeacutetrie Cette meacutethode
mesure la concentration des orthophosphates laquo o-PO4 raquo car les autres formes de phosphore
sont peu reacuteactives agrave cette analyse Les orthophosphates sont solubles et la figure 81 preacutesente
les quatre niveaux de dissociation en fonction du potentiel dhydrogegravene laquo pH raquo
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Figure 81 Distribution de composeacutes drsquoorthophosphates en solution
(Conroy amp Couturier 2008)
Le phosphore condenseacute est typiquement associeacute aux polyphosphates qui sont eacutegalement
solubles Comme les polyphosphates srsquoexpriment peu lors de la deacutetermination du phosphore
reacuteactif ils neacutecessitent une transformation preacutealable par hydrolyse afin de se retrouver sous la
forme drsquoo-PO4 avant drsquoecirctre mesureacutes par colorimeacutetrie Une fois les polyphosphates
hydrolyseacutes lanalyse des o-PO4 donne la concentration du laquo phosphore inorganique raquo
Conseacutequemment laquo phosphore inorganique raquo moins le laquo phosphore reacuteactif raquo donne le
laquo phosphore condenseacute raquo
Phosphore total et Phosphore Organique
Lrsquoanalyse du phosphore total laquo Pt raquo srsquoobtient sur un eacutechantillon non filtreacute apregraves digestion des
formes de phosphore Le phosphore organique est lieacute au carbone et peut ecirctre biodeacutegradable
ou non biodeacutegradable Il srsquoobtient en soustrayant du phosphore total le phosphore
inorganique Le phosphore particulaire est obtenu par soustraction du phosphore total le
phosphore dissous typiquement associeacute au phosphore reacuteactif et condenseacute qui sont
inorganiques De faccedilon indirecte le phosphore particulaire srsquoapparente au phosphore
organique
812 Sources et concentrations du phosphore
Une proportion de 50 du phosphore total des eaux useacutees domestiques est issue des urines
et ce dans moins de 1 du deacutebit domestique (Larsen et al 2007 citeacute par USEPA 2010)
La litteacuterature situe geacuteneacuteralement la concentration du phosphore entre 6 et 8 mg PtL dans les
eaux useacutees agrave lrsquoaffluent des stations drsquoeacutepuration municipales Ces concentrations de
phosphore total se subdivisent de 3 agrave 4 mg PL drsquoo-PO4 soit environ 50 du Pt de 2 agrave 3
mg PL de polyphosphates soit environ 35 du Pt et un maximum de 1 mg PL de
phosphore organique soit un maximum de 15 du Pt (WEF amp ASCE 2006 citeacute par USEPA
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2009) Toutefois lrsquoaccroissement du seacutejour du phosphore dans le reacuteseau de collecte
augmente la proportion drsquoorthophosphates qui peut atteindre 85 du Pt (Ceacutemagref 2004)
Les orthophosphates sont drsquoailleurs la forme finale de la deacutecomposition du phosphore
(WPCF amp ASCE 1982)
La concentration moyenne agrave leffluent de lensemble des stations deacutepuration municipales au
Queacutebec en 2013 eacutetait de 23 mg PtL soit 26 des 89 mg DBO5CL (MAMROT 2014) La
concentration theacuteorique des eaux useacutees domestique est de 10 mg PL soit 4 des 250 mg
DBO5L selon le chapitre 2 laquo Deacutebits et charges raquo du preacutesent guide La norme NQ3680-910
du Bureau de normalisation du Queacutebec (BNQ) preacutecise des gammes de concentrations
typiques agrave lrsquoaffluent des systegravemes drsquoeacutepuration autonome soit de 4 agrave 15 mg PL et de 100 agrave
300 mg DBO5CL agrave son lrsquoannexe B Ces valeurs correspondent agrave celles observeacutees sur le
terrain pour des reacutesidences isoleacutees Lrsquoabsence ou la faible quantiteacute drsquoeau drsquoinfiltration peut
expliquer ces fortes concentrations dans les eaux useacutees reacutesidentielles des systegravemes
autonomes
813 Deacutephosphatation chimique
Le deacutephosphatation chimique vise la transformation sous la forme particulaire dune quantiteacute
suffisante dorthophosphate apregraves liaison chimique avec un coagulant meacutetallique Ces mecircmes
coagulants peuvent neutraliser des charges reacutepulsives des particules pour favoriser la floculation
et la seacutedimentation De plus diverses reacuteactions compeacutetitives favorisent aussi la formation de
solides et de floc Une fois la formation suffisante de floc la seacuteparation laquo solide-liquide raquo est
reacutealiseacutee par deacutecantation etou par filtration Lrsquoajout de coagulant engendre toutefois des effets
secondaires dont il faut tenir compte comme une variation du niveau de pH et
lrsquoaccroissement du volume de boues (reacutesidus) produit
Malgreacute diffeacuterents efforts de traitement une partie du phosphore des eaux useacutees reste
difficilement traitable Selon Benisch et al (2007) les limites de phosphore reacutecalcitrant au
traitement ont eacuteteacute eacutevalueacutees entre 0011 agrave 0015 mg PL lors drsquoune eacutetude pilote reacutealiseacutee avec
dosage de sulfate drsquoaluminium ou du chlorure ferrique
Le preacutesent sous-chapitre de la deacutephosphatation chimique est diviseacute en trois sections soit
8131 laquo Dosage du coagulant raquo 8132 laquo Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange raquo et
8133 laquo Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute raquo
8131 Dosage du coagulant
Les sels meacutetalliques drsquoaluminium de fer ou de calcium peuvent reacuteagir avec les orthophosphates
et former un composeacute peu soluble selon le niveau de pH comme le laisse comprendre la
figure 82 Les solubiliteacutes minimales des phosphates drsquoaluminium et de fer se retrouvent agrave des
pH acides (lt 7) alors qursquoelles sont agrave des pH basiques (gt 7) pour le calcium
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Figure 82 Solubiliteacute de composeacutes de phosphates (Stumm amp Morgan 1981)
Au Queacutebec les coagulants les plus utiliseacutes pour la preacutecipitation du phosphore sur la chaine dite
laquo liquide raquo des stations drsquoeacutepuration municipaux sont dans lrsquoordre drsquoutilisation lrsquoalun constitueacute
de sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo pour environ 48 des cas le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo pour environ 36 des cas et le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo pour environ 1 des
cas Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes moins acides comme les poly-aluminium-silico-sulfate
laquo PASS raquo sont utiliseacutes pour environ 1 des cas Dans les autres cas (15 ) les informations
sont impreacutecises ou il nrsquoy a pas de produit chimique doseacute speacutecifiquement comme ceux
beacuteneacuteficient du pouvoir reacutesiduel des boues chimiques rejeteacutees au reacuteseau drsquoeacutegout drsquoeau useacutee par
les stations de production drsquoeau potable
Sulfate drsquoaluminium (alun) Le sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo qui pegravese 3421 gmole se compose de 158
drsquoaluminium Lrsquoalun sec en poudre ou en granule est constitueacute de laquo Al2(SO4)3 raquo lieacute typiquement
agrave 14 ou agrave 18 H2O Lalun liquide qui contient 48 drsquoalun sec sous forme de
laquo Al2(SO4)3 ∙ 18 (H2O) raquo a une densiteacute de 12 kgL (Metcalf amp Eddy 2003) Ce dernier est
composeacute de 39 drsquoAl Les fiches techniques commerciales mentionnent la densiteacute ainsi que le
pourcentage drsquoaluminium dans chaque produit La connaissance du produit utiliseacute permet un
raffinement des calculs du dosage de coagulant Lrsquoeacutequation 81 preacutesente la reacuteaction chimique
dominante entre le cation laquo Al3+ raquo du sulfate drsquoaluminium et lrsquoanion laquo PO43- raquo
drsquoorthophosphates pour la formation de phosphate drsquoaluminium laquo AlPO4 raquo
Al2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 AlPO4 darr + 3 SO4
2- (81)
Au pH optimal drsquoenviron 6 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-64 moleL
telle que montreacutee agrave la figure 83 soit leacutequivalent de 001 mg PL Toutefois de bonnes
performances sont obtenues avec un sel drsquoaluminium entre les pH de 55 agrave 70 dont
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notamment une concentration de 001 mg PL aux pH de 66 agrave 72 (Smith et al 2007 Kang
et al 2001 citeacutes par USEPA 2008)
Figure 83 Concentration du phosphate drsquoaluminium avec la solubilisation du
phosphore (Metcalf amp Eddy 2003)
Theacuteoriquement une mole de Al est neacutecessaire pour reacuteagir avec une mole de P afin de preacutecipiter
sous la forme du AlPO4 En pratique le rapport molaire aluminium sur phosphore agrave appliquer
aux eaux useacutees est supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique Une partie des cations aluminium
laquo Al3+ raquo preacutecipitent en parallegravele avec des ions hydroxydes laquo OH- raquo pour former des preacutecipiteacutes
drsquohydroxyde drsquoaluminium laquo Al(OH)3 raquo comme le montrent lrsquoeacutequation 82 Cette preacutecipitation
simultaneacutee accroicirct la consommation daluminium mais ces hydroxydes contribuent agrave la
floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Al3+ + 3 OH- rarr Al(OH)3 darr (82)
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Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 84 et le tableau 81 indiquent qursquoun fort niveau de
reacuteduction neacutecessite un fort ratio molaire Al P De plus on peut anticiper quune faible
concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un fort
ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un pourcentage de
reacuteduction infeacuterieure Le tableau 81 montre que le ratio molaire peut atteindre 6 Al 1 Pt ou 7
Al 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont neacutecessaires pour
favoriser la preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo par
deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute autre
chose eacutetant identique
Figure 84 Reacuteduction du phosphore en fonction du dosage drsquoalun
(WEF amp ASCE 1998)
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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2e eacuted WPCF Manual of Practice No 8 ASCE Manual on Engineering Practice No 36
Lancaster Pa Lancaster Press Inc p 177
WATER POLLUTION CONTROL FEDERATION (WPCF) 1989 Technology and
Design Deficiencies at Publicly Owned Treatment Works Alexandria VA Water
Environment Technology p 1 4 515
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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laquo Deacutephosphatation chimique raquo 814 laquo Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de
performances eacutepuratoire raquo et 815 laquo Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique raquo
811 Analyses du phosphore
Le phosphore peut ecirctre caracteacuteriseacute sous la forme inorganique ou organique Le phosphore
inorganique est la somme du phosphore reacuteactif et condenseacute alors que le phosphore total
laquo Pt raquo est la somme du phosphore inorganique et du phosphore organique
Enfin lrsquoanalyse du phosphore peut ecirctre reacutealiseacutee sur un eacutechantillon filtreacute ou non filtreacute Les
analyses reacutealiseacutees sur le liquide filtreacute soit le filtrat sont associeacutees au phosphore dissous
laquo Pd raquo aussi appeleacute phosphore soluble Le phosphore particulaire laquo Pp raquo aussi appeleacute
phosphore en suspension srsquoobtient par diffeacuterence entre lrsquoanalyse de lrsquoeacutechantillon non filtreacute et
lrsquoanalyse du filtrat La membrane utiliseacutee pour la filtration a typiquement 045 microm comme
diamegravetre drsquoorifices (USEPA 2009) La fraction colloiumldale dont la taille se situe entre 0001
et 1 microm se retrouve en partie dans lrsquoanalyse de la fraction soluble et en partie dans la
fraction particulaire
Des deacutetails des meacutethodes drsquoanalyse du phosphore se retrouvent sur le site du Centre
drsquoexpertise en analyse environnementale du Queacutebec (CEAEQ) du ministegravere du
Deacuteveloppement durable de lrsquoEnvironnement et de la Lutte contre les changements
climatiques (MDDELCC) Si les reacutesultats sont exprimeacutes en laquo PO4 raquo ils devront ecirctre diviseacutes
par 31 pour les exprimer en laquo P raquo eacutetant donneacute le rapport des poids moleacuteculaires (PO4P =
94971 g30975 g = 3066 asymp 31)
Phosphore inorganique
Lrsquoapproche usuelle pour analyser le phosphore reacuteactif est par colorimeacutetrie Cette meacutethode
mesure la concentration des orthophosphates laquo o-PO4 raquo car les autres formes de phosphore
sont peu reacuteactives agrave cette analyse Les orthophosphates sont solubles et la figure 81 preacutesente
les quatre niveaux de dissociation en fonction du potentiel dhydrogegravene laquo pH raquo
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Figure 81 Distribution de composeacutes drsquoorthophosphates en solution
(Conroy amp Couturier 2008)
Le phosphore condenseacute est typiquement associeacute aux polyphosphates qui sont eacutegalement
solubles Comme les polyphosphates srsquoexpriment peu lors de la deacutetermination du phosphore
reacuteactif ils neacutecessitent une transformation preacutealable par hydrolyse afin de se retrouver sous la
forme drsquoo-PO4 avant drsquoecirctre mesureacutes par colorimeacutetrie Une fois les polyphosphates
hydrolyseacutes lanalyse des o-PO4 donne la concentration du laquo phosphore inorganique raquo
Conseacutequemment laquo phosphore inorganique raquo moins le laquo phosphore reacuteactif raquo donne le
laquo phosphore condenseacute raquo
Phosphore total et Phosphore Organique
Lrsquoanalyse du phosphore total laquo Pt raquo srsquoobtient sur un eacutechantillon non filtreacute apregraves digestion des
formes de phosphore Le phosphore organique est lieacute au carbone et peut ecirctre biodeacutegradable
ou non biodeacutegradable Il srsquoobtient en soustrayant du phosphore total le phosphore
inorganique Le phosphore particulaire est obtenu par soustraction du phosphore total le
phosphore dissous typiquement associeacute au phosphore reacuteactif et condenseacute qui sont
inorganiques De faccedilon indirecte le phosphore particulaire srsquoapparente au phosphore
organique
812 Sources et concentrations du phosphore
Une proportion de 50 du phosphore total des eaux useacutees domestiques est issue des urines
et ce dans moins de 1 du deacutebit domestique (Larsen et al 2007 citeacute par USEPA 2010)
La litteacuterature situe geacuteneacuteralement la concentration du phosphore entre 6 et 8 mg PtL dans les
eaux useacutees agrave lrsquoaffluent des stations drsquoeacutepuration municipales Ces concentrations de
phosphore total se subdivisent de 3 agrave 4 mg PL drsquoo-PO4 soit environ 50 du Pt de 2 agrave 3
mg PL de polyphosphates soit environ 35 du Pt et un maximum de 1 mg PL de
phosphore organique soit un maximum de 15 du Pt (WEF amp ASCE 2006 citeacute par USEPA
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2009) Toutefois lrsquoaccroissement du seacutejour du phosphore dans le reacuteseau de collecte
augmente la proportion drsquoorthophosphates qui peut atteindre 85 du Pt (Ceacutemagref 2004)
Les orthophosphates sont drsquoailleurs la forme finale de la deacutecomposition du phosphore
(WPCF amp ASCE 1982)
La concentration moyenne agrave leffluent de lensemble des stations deacutepuration municipales au
Queacutebec en 2013 eacutetait de 23 mg PtL soit 26 des 89 mg DBO5CL (MAMROT 2014) La
concentration theacuteorique des eaux useacutees domestique est de 10 mg PL soit 4 des 250 mg
DBO5L selon le chapitre 2 laquo Deacutebits et charges raquo du preacutesent guide La norme NQ3680-910
du Bureau de normalisation du Queacutebec (BNQ) preacutecise des gammes de concentrations
typiques agrave lrsquoaffluent des systegravemes drsquoeacutepuration autonome soit de 4 agrave 15 mg PL et de 100 agrave
300 mg DBO5CL agrave son lrsquoannexe B Ces valeurs correspondent agrave celles observeacutees sur le
terrain pour des reacutesidences isoleacutees Lrsquoabsence ou la faible quantiteacute drsquoeau drsquoinfiltration peut
expliquer ces fortes concentrations dans les eaux useacutees reacutesidentielles des systegravemes
autonomes
813 Deacutephosphatation chimique
Le deacutephosphatation chimique vise la transformation sous la forme particulaire dune quantiteacute
suffisante dorthophosphate apregraves liaison chimique avec un coagulant meacutetallique Ces mecircmes
coagulants peuvent neutraliser des charges reacutepulsives des particules pour favoriser la floculation
et la seacutedimentation De plus diverses reacuteactions compeacutetitives favorisent aussi la formation de
solides et de floc Une fois la formation suffisante de floc la seacuteparation laquo solide-liquide raquo est
reacutealiseacutee par deacutecantation etou par filtration Lrsquoajout de coagulant engendre toutefois des effets
secondaires dont il faut tenir compte comme une variation du niveau de pH et
lrsquoaccroissement du volume de boues (reacutesidus) produit
Malgreacute diffeacuterents efforts de traitement une partie du phosphore des eaux useacutees reste
difficilement traitable Selon Benisch et al (2007) les limites de phosphore reacutecalcitrant au
traitement ont eacuteteacute eacutevalueacutees entre 0011 agrave 0015 mg PL lors drsquoune eacutetude pilote reacutealiseacutee avec
dosage de sulfate drsquoaluminium ou du chlorure ferrique
Le preacutesent sous-chapitre de la deacutephosphatation chimique est diviseacute en trois sections soit
8131 laquo Dosage du coagulant raquo 8132 laquo Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange raquo et
8133 laquo Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute raquo
8131 Dosage du coagulant
Les sels meacutetalliques drsquoaluminium de fer ou de calcium peuvent reacuteagir avec les orthophosphates
et former un composeacute peu soluble selon le niveau de pH comme le laisse comprendre la
figure 82 Les solubiliteacutes minimales des phosphates drsquoaluminium et de fer se retrouvent agrave des
pH acides (lt 7) alors qursquoelles sont agrave des pH basiques (gt 7) pour le calcium
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Figure 82 Solubiliteacute de composeacutes de phosphates (Stumm amp Morgan 1981)
Au Queacutebec les coagulants les plus utiliseacutes pour la preacutecipitation du phosphore sur la chaine dite
laquo liquide raquo des stations drsquoeacutepuration municipaux sont dans lrsquoordre drsquoutilisation lrsquoalun constitueacute
de sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo pour environ 48 des cas le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo pour environ 36 des cas et le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo pour environ 1 des
cas Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes moins acides comme les poly-aluminium-silico-sulfate
laquo PASS raquo sont utiliseacutes pour environ 1 des cas Dans les autres cas (15 ) les informations
sont impreacutecises ou il nrsquoy a pas de produit chimique doseacute speacutecifiquement comme ceux
beacuteneacuteficient du pouvoir reacutesiduel des boues chimiques rejeteacutees au reacuteseau drsquoeacutegout drsquoeau useacutee par
les stations de production drsquoeau potable
Sulfate drsquoaluminium (alun) Le sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo qui pegravese 3421 gmole se compose de 158
drsquoaluminium Lrsquoalun sec en poudre ou en granule est constitueacute de laquo Al2(SO4)3 raquo lieacute typiquement
agrave 14 ou agrave 18 H2O Lalun liquide qui contient 48 drsquoalun sec sous forme de
laquo Al2(SO4)3 ∙ 18 (H2O) raquo a une densiteacute de 12 kgL (Metcalf amp Eddy 2003) Ce dernier est
composeacute de 39 drsquoAl Les fiches techniques commerciales mentionnent la densiteacute ainsi que le
pourcentage drsquoaluminium dans chaque produit La connaissance du produit utiliseacute permet un
raffinement des calculs du dosage de coagulant Lrsquoeacutequation 81 preacutesente la reacuteaction chimique
dominante entre le cation laquo Al3+ raquo du sulfate drsquoaluminium et lrsquoanion laquo PO43- raquo
drsquoorthophosphates pour la formation de phosphate drsquoaluminium laquo AlPO4 raquo
Al2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 AlPO4 darr + 3 SO4
2- (81)
Au pH optimal drsquoenviron 6 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-64 moleL
telle que montreacutee agrave la figure 83 soit leacutequivalent de 001 mg PL Toutefois de bonnes
performances sont obtenues avec un sel drsquoaluminium entre les pH de 55 agrave 70 dont
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notamment une concentration de 001 mg PL aux pH de 66 agrave 72 (Smith et al 2007 Kang
et al 2001 citeacutes par USEPA 2008)
Figure 83 Concentration du phosphate drsquoaluminium avec la solubilisation du
phosphore (Metcalf amp Eddy 2003)
Theacuteoriquement une mole de Al est neacutecessaire pour reacuteagir avec une mole de P afin de preacutecipiter
sous la forme du AlPO4 En pratique le rapport molaire aluminium sur phosphore agrave appliquer
aux eaux useacutees est supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique Une partie des cations aluminium
laquo Al3+ raquo preacutecipitent en parallegravele avec des ions hydroxydes laquo OH- raquo pour former des preacutecipiteacutes
drsquohydroxyde drsquoaluminium laquo Al(OH)3 raquo comme le montrent lrsquoeacutequation 82 Cette preacutecipitation
simultaneacutee accroicirct la consommation daluminium mais ces hydroxydes contribuent agrave la
floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Al3+ + 3 OH- rarr Al(OH)3 darr (82)
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Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 84 et le tableau 81 indiquent qursquoun fort niveau de
reacuteduction neacutecessite un fort ratio molaire Al P De plus on peut anticiper quune faible
concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un fort
ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un pourcentage de
reacuteduction infeacuterieure Le tableau 81 montre que le ratio molaire peut atteindre 6 Al 1 Pt ou 7
Al 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont neacutecessaires pour
favoriser la preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo par
deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute autre
chose eacutetant identique
Figure 84 Reacuteduction du phosphore en fonction du dosage drsquoalun
(WEF amp ASCE 1998)
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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Reacutefeacuterences
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Figure 81 Distribution de composeacutes drsquoorthophosphates en solution
(Conroy amp Couturier 2008)
Le phosphore condenseacute est typiquement associeacute aux polyphosphates qui sont eacutegalement
solubles Comme les polyphosphates srsquoexpriment peu lors de la deacutetermination du phosphore
reacuteactif ils neacutecessitent une transformation preacutealable par hydrolyse afin de se retrouver sous la
forme drsquoo-PO4 avant drsquoecirctre mesureacutes par colorimeacutetrie Une fois les polyphosphates
hydrolyseacutes lanalyse des o-PO4 donne la concentration du laquo phosphore inorganique raquo
Conseacutequemment laquo phosphore inorganique raquo moins le laquo phosphore reacuteactif raquo donne le
laquo phosphore condenseacute raquo
Phosphore total et Phosphore Organique
Lrsquoanalyse du phosphore total laquo Pt raquo srsquoobtient sur un eacutechantillon non filtreacute apregraves digestion des
formes de phosphore Le phosphore organique est lieacute au carbone et peut ecirctre biodeacutegradable
ou non biodeacutegradable Il srsquoobtient en soustrayant du phosphore total le phosphore
inorganique Le phosphore particulaire est obtenu par soustraction du phosphore total le
phosphore dissous typiquement associeacute au phosphore reacuteactif et condenseacute qui sont
inorganiques De faccedilon indirecte le phosphore particulaire srsquoapparente au phosphore
organique
812 Sources et concentrations du phosphore
Une proportion de 50 du phosphore total des eaux useacutees domestiques est issue des urines
et ce dans moins de 1 du deacutebit domestique (Larsen et al 2007 citeacute par USEPA 2010)
La litteacuterature situe geacuteneacuteralement la concentration du phosphore entre 6 et 8 mg PtL dans les
eaux useacutees agrave lrsquoaffluent des stations drsquoeacutepuration municipales Ces concentrations de
phosphore total se subdivisent de 3 agrave 4 mg PL drsquoo-PO4 soit environ 50 du Pt de 2 agrave 3
mg PL de polyphosphates soit environ 35 du Pt et un maximum de 1 mg PL de
phosphore organique soit un maximum de 15 du Pt (WEF amp ASCE 2006 citeacute par USEPA
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2009) Toutefois lrsquoaccroissement du seacutejour du phosphore dans le reacuteseau de collecte
augmente la proportion drsquoorthophosphates qui peut atteindre 85 du Pt (Ceacutemagref 2004)
Les orthophosphates sont drsquoailleurs la forme finale de la deacutecomposition du phosphore
(WPCF amp ASCE 1982)
La concentration moyenne agrave leffluent de lensemble des stations deacutepuration municipales au
Queacutebec en 2013 eacutetait de 23 mg PtL soit 26 des 89 mg DBO5CL (MAMROT 2014) La
concentration theacuteorique des eaux useacutees domestique est de 10 mg PL soit 4 des 250 mg
DBO5L selon le chapitre 2 laquo Deacutebits et charges raquo du preacutesent guide La norme NQ3680-910
du Bureau de normalisation du Queacutebec (BNQ) preacutecise des gammes de concentrations
typiques agrave lrsquoaffluent des systegravemes drsquoeacutepuration autonome soit de 4 agrave 15 mg PL et de 100 agrave
300 mg DBO5CL agrave son lrsquoannexe B Ces valeurs correspondent agrave celles observeacutees sur le
terrain pour des reacutesidences isoleacutees Lrsquoabsence ou la faible quantiteacute drsquoeau drsquoinfiltration peut
expliquer ces fortes concentrations dans les eaux useacutees reacutesidentielles des systegravemes
autonomes
813 Deacutephosphatation chimique
Le deacutephosphatation chimique vise la transformation sous la forme particulaire dune quantiteacute
suffisante dorthophosphate apregraves liaison chimique avec un coagulant meacutetallique Ces mecircmes
coagulants peuvent neutraliser des charges reacutepulsives des particules pour favoriser la floculation
et la seacutedimentation De plus diverses reacuteactions compeacutetitives favorisent aussi la formation de
solides et de floc Une fois la formation suffisante de floc la seacuteparation laquo solide-liquide raquo est
reacutealiseacutee par deacutecantation etou par filtration Lrsquoajout de coagulant engendre toutefois des effets
secondaires dont il faut tenir compte comme une variation du niveau de pH et
lrsquoaccroissement du volume de boues (reacutesidus) produit
Malgreacute diffeacuterents efforts de traitement une partie du phosphore des eaux useacutees reste
difficilement traitable Selon Benisch et al (2007) les limites de phosphore reacutecalcitrant au
traitement ont eacuteteacute eacutevalueacutees entre 0011 agrave 0015 mg PL lors drsquoune eacutetude pilote reacutealiseacutee avec
dosage de sulfate drsquoaluminium ou du chlorure ferrique
Le preacutesent sous-chapitre de la deacutephosphatation chimique est diviseacute en trois sections soit
8131 laquo Dosage du coagulant raquo 8132 laquo Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange raquo et
8133 laquo Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute raquo
8131 Dosage du coagulant
Les sels meacutetalliques drsquoaluminium de fer ou de calcium peuvent reacuteagir avec les orthophosphates
et former un composeacute peu soluble selon le niveau de pH comme le laisse comprendre la
figure 82 Les solubiliteacutes minimales des phosphates drsquoaluminium et de fer se retrouvent agrave des
pH acides (lt 7) alors qursquoelles sont agrave des pH basiques (gt 7) pour le calcium
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Figure 82 Solubiliteacute de composeacutes de phosphates (Stumm amp Morgan 1981)
Au Queacutebec les coagulants les plus utiliseacutes pour la preacutecipitation du phosphore sur la chaine dite
laquo liquide raquo des stations drsquoeacutepuration municipaux sont dans lrsquoordre drsquoutilisation lrsquoalun constitueacute
de sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo pour environ 48 des cas le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo pour environ 36 des cas et le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo pour environ 1 des
cas Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes moins acides comme les poly-aluminium-silico-sulfate
laquo PASS raquo sont utiliseacutes pour environ 1 des cas Dans les autres cas (15 ) les informations
sont impreacutecises ou il nrsquoy a pas de produit chimique doseacute speacutecifiquement comme ceux
beacuteneacuteficient du pouvoir reacutesiduel des boues chimiques rejeteacutees au reacuteseau drsquoeacutegout drsquoeau useacutee par
les stations de production drsquoeau potable
Sulfate drsquoaluminium (alun) Le sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo qui pegravese 3421 gmole se compose de 158
drsquoaluminium Lrsquoalun sec en poudre ou en granule est constitueacute de laquo Al2(SO4)3 raquo lieacute typiquement
agrave 14 ou agrave 18 H2O Lalun liquide qui contient 48 drsquoalun sec sous forme de
laquo Al2(SO4)3 ∙ 18 (H2O) raquo a une densiteacute de 12 kgL (Metcalf amp Eddy 2003) Ce dernier est
composeacute de 39 drsquoAl Les fiches techniques commerciales mentionnent la densiteacute ainsi que le
pourcentage drsquoaluminium dans chaque produit La connaissance du produit utiliseacute permet un
raffinement des calculs du dosage de coagulant Lrsquoeacutequation 81 preacutesente la reacuteaction chimique
dominante entre le cation laquo Al3+ raquo du sulfate drsquoaluminium et lrsquoanion laquo PO43- raquo
drsquoorthophosphates pour la formation de phosphate drsquoaluminium laquo AlPO4 raquo
Al2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 AlPO4 darr + 3 SO4
2- (81)
Au pH optimal drsquoenviron 6 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-64 moleL
telle que montreacutee agrave la figure 83 soit leacutequivalent de 001 mg PL Toutefois de bonnes
performances sont obtenues avec un sel drsquoaluminium entre les pH de 55 agrave 70 dont
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notamment une concentration de 001 mg PL aux pH de 66 agrave 72 (Smith et al 2007 Kang
et al 2001 citeacutes par USEPA 2008)
Figure 83 Concentration du phosphate drsquoaluminium avec la solubilisation du
phosphore (Metcalf amp Eddy 2003)
Theacuteoriquement une mole de Al est neacutecessaire pour reacuteagir avec une mole de P afin de preacutecipiter
sous la forme du AlPO4 En pratique le rapport molaire aluminium sur phosphore agrave appliquer
aux eaux useacutees est supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique Une partie des cations aluminium
laquo Al3+ raquo preacutecipitent en parallegravele avec des ions hydroxydes laquo OH- raquo pour former des preacutecipiteacutes
drsquohydroxyde drsquoaluminium laquo Al(OH)3 raquo comme le montrent lrsquoeacutequation 82 Cette preacutecipitation
simultaneacutee accroicirct la consommation daluminium mais ces hydroxydes contribuent agrave la
floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Al3+ + 3 OH- rarr Al(OH)3 darr (82)
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Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 84 et le tableau 81 indiquent qursquoun fort niveau de
reacuteduction neacutecessite un fort ratio molaire Al P De plus on peut anticiper quune faible
concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un fort
ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un pourcentage de
reacuteduction infeacuterieure Le tableau 81 montre que le ratio molaire peut atteindre 6 Al 1 Pt ou 7
Al 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont neacutecessaires pour
favoriser la preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo par
deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute autre
chose eacutetant identique
Figure 84 Reacuteduction du phosphore en fonction du dosage drsquoalun
(WEF amp ASCE 1998)
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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2009) Toutefois lrsquoaccroissement du seacutejour du phosphore dans le reacuteseau de collecte
augmente la proportion drsquoorthophosphates qui peut atteindre 85 du Pt (Ceacutemagref 2004)
Les orthophosphates sont drsquoailleurs la forme finale de la deacutecomposition du phosphore
(WPCF amp ASCE 1982)
La concentration moyenne agrave leffluent de lensemble des stations deacutepuration municipales au
Queacutebec en 2013 eacutetait de 23 mg PtL soit 26 des 89 mg DBO5CL (MAMROT 2014) La
concentration theacuteorique des eaux useacutees domestique est de 10 mg PL soit 4 des 250 mg
DBO5L selon le chapitre 2 laquo Deacutebits et charges raquo du preacutesent guide La norme NQ3680-910
du Bureau de normalisation du Queacutebec (BNQ) preacutecise des gammes de concentrations
typiques agrave lrsquoaffluent des systegravemes drsquoeacutepuration autonome soit de 4 agrave 15 mg PL et de 100 agrave
300 mg DBO5CL agrave son lrsquoannexe B Ces valeurs correspondent agrave celles observeacutees sur le
terrain pour des reacutesidences isoleacutees Lrsquoabsence ou la faible quantiteacute drsquoeau drsquoinfiltration peut
expliquer ces fortes concentrations dans les eaux useacutees reacutesidentielles des systegravemes
autonomes
813 Deacutephosphatation chimique
Le deacutephosphatation chimique vise la transformation sous la forme particulaire dune quantiteacute
suffisante dorthophosphate apregraves liaison chimique avec un coagulant meacutetallique Ces mecircmes
coagulants peuvent neutraliser des charges reacutepulsives des particules pour favoriser la floculation
et la seacutedimentation De plus diverses reacuteactions compeacutetitives favorisent aussi la formation de
solides et de floc Une fois la formation suffisante de floc la seacuteparation laquo solide-liquide raquo est
reacutealiseacutee par deacutecantation etou par filtration Lrsquoajout de coagulant engendre toutefois des effets
secondaires dont il faut tenir compte comme une variation du niveau de pH et
lrsquoaccroissement du volume de boues (reacutesidus) produit
Malgreacute diffeacuterents efforts de traitement une partie du phosphore des eaux useacutees reste
difficilement traitable Selon Benisch et al (2007) les limites de phosphore reacutecalcitrant au
traitement ont eacuteteacute eacutevalueacutees entre 0011 agrave 0015 mg PL lors drsquoune eacutetude pilote reacutealiseacutee avec
dosage de sulfate drsquoaluminium ou du chlorure ferrique
Le preacutesent sous-chapitre de la deacutephosphatation chimique est diviseacute en trois sections soit
8131 laquo Dosage du coagulant raquo 8132 laquo Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange raquo et
8133 laquo Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute raquo
8131 Dosage du coagulant
Les sels meacutetalliques drsquoaluminium de fer ou de calcium peuvent reacuteagir avec les orthophosphates
et former un composeacute peu soluble selon le niveau de pH comme le laisse comprendre la
figure 82 Les solubiliteacutes minimales des phosphates drsquoaluminium et de fer se retrouvent agrave des
pH acides (lt 7) alors qursquoelles sont agrave des pH basiques (gt 7) pour le calcium
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Figure 82 Solubiliteacute de composeacutes de phosphates (Stumm amp Morgan 1981)
Au Queacutebec les coagulants les plus utiliseacutes pour la preacutecipitation du phosphore sur la chaine dite
laquo liquide raquo des stations drsquoeacutepuration municipaux sont dans lrsquoordre drsquoutilisation lrsquoalun constitueacute
de sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo pour environ 48 des cas le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo pour environ 36 des cas et le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo pour environ 1 des
cas Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes moins acides comme les poly-aluminium-silico-sulfate
laquo PASS raquo sont utiliseacutes pour environ 1 des cas Dans les autres cas (15 ) les informations
sont impreacutecises ou il nrsquoy a pas de produit chimique doseacute speacutecifiquement comme ceux
beacuteneacuteficient du pouvoir reacutesiduel des boues chimiques rejeteacutees au reacuteseau drsquoeacutegout drsquoeau useacutee par
les stations de production drsquoeau potable
Sulfate drsquoaluminium (alun) Le sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo qui pegravese 3421 gmole se compose de 158
drsquoaluminium Lrsquoalun sec en poudre ou en granule est constitueacute de laquo Al2(SO4)3 raquo lieacute typiquement
agrave 14 ou agrave 18 H2O Lalun liquide qui contient 48 drsquoalun sec sous forme de
laquo Al2(SO4)3 ∙ 18 (H2O) raquo a une densiteacute de 12 kgL (Metcalf amp Eddy 2003) Ce dernier est
composeacute de 39 drsquoAl Les fiches techniques commerciales mentionnent la densiteacute ainsi que le
pourcentage drsquoaluminium dans chaque produit La connaissance du produit utiliseacute permet un
raffinement des calculs du dosage de coagulant Lrsquoeacutequation 81 preacutesente la reacuteaction chimique
dominante entre le cation laquo Al3+ raquo du sulfate drsquoaluminium et lrsquoanion laquo PO43- raquo
drsquoorthophosphates pour la formation de phosphate drsquoaluminium laquo AlPO4 raquo
Al2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 AlPO4 darr + 3 SO4
2- (81)
Au pH optimal drsquoenviron 6 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-64 moleL
telle que montreacutee agrave la figure 83 soit leacutequivalent de 001 mg PL Toutefois de bonnes
performances sont obtenues avec un sel drsquoaluminium entre les pH de 55 agrave 70 dont
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notamment une concentration de 001 mg PL aux pH de 66 agrave 72 (Smith et al 2007 Kang
et al 2001 citeacutes par USEPA 2008)
Figure 83 Concentration du phosphate drsquoaluminium avec la solubilisation du
phosphore (Metcalf amp Eddy 2003)
Theacuteoriquement une mole de Al est neacutecessaire pour reacuteagir avec une mole de P afin de preacutecipiter
sous la forme du AlPO4 En pratique le rapport molaire aluminium sur phosphore agrave appliquer
aux eaux useacutees est supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique Une partie des cations aluminium
laquo Al3+ raquo preacutecipitent en parallegravele avec des ions hydroxydes laquo OH- raquo pour former des preacutecipiteacutes
drsquohydroxyde drsquoaluminium laquo Al(OH)3 raquo comme le montrent lrsquoeacutequation 82 Cette preacutecipitation
simultaneacutee accroicirct la consommation daluminium mais ces hydroxydes contribuent agrave la
floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Al3+ + 3 OH- rarr Al(OH)3 darr (82)
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Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 84 et le tableau 81 indiquent qursquoun fort niveau de
reacuteduction neacutecessite un fort ratio molaire Al P De plus on peut anticiper quune faible
concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un fort
ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un pourcentage de
reacuteduction infeacuterieure Le tableau 81 montre que le ratio molaire peut atteindre 6 Al 1 Pt ou 7
Al 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont neacutecessaires pour
favoriser la preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo par
deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute autre
chose eacutetant identique
Figure 84 Reacuteduction du phosphore en fonction du dosage drsquoalun
(WEF amp ASCE 1998)
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
Page 50 sur 51
Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Figure 82 Solubiliteacute de composeacutes de phosphates (Stumm amp Morgan 1981)
Au Queacutebec les coagulants les plus utiliseacutes pour la preacutecipitation du phosphore sur la chaine dite
laquo liquide raquo des stations drsquoeacutepuration municipaux sont dans lrsquoordre drsquoutilisation lrsquoalun constitueacute
de sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo pour environ 48 des cas le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo pour environ 36 des cas et le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo pour environ 1 des
cas Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes moins acides comme les poly-aluminium-silico-sulfate
laquo PASS raquo sont utiliseacutes pour environ 1 des cas Dans les autres cas (15 ) les informations
sont impreacutecises ou il nrsquoy a pas de produit chimique doseacute speacutecifiquement comme ceux
beacuteneacuteficient du pouvoir reacutesiduel des boues chimiques rejeteacutees au reacuteseau drsquoeacutegout drsquoeau useacutee par
les stations de production drsquoeau potable
Sulfate drsquoaluminium (alun) Le sulfate drsquoaluminium laquo Al2(SO4)3 raquo qui pegravese 3421 gmole se compose de 158
drsquoaluminium Lrsquoalun sec en poudre ou en granule est constitueacute de laquo Al2(SO4)3 raquo lieacute typiquement
agrave 14 ou agrave 18 H2O Lalun liquide qui contient 48 drsquoalun sec sous forme de
laquo Al2(SO4)3 ∙ 18 (H2O) raquo a une densiteacute de 12 kgL (Metcalf amp Eddy 2003) Ce dernier est
composeacute de 39 drsquoAl Les fiches techniques commerciales mentionnent la densiteacute ainsi que le
pourcentage drsquoaluminium dans chaque produit La connaissance du produit utiliseacute permet un
raffinement des calculs du dosage de coagulant Lrsquoeacutequation 81 preacutesente la reacuteaction chimique
dominante entre le cation laquo Al3+ raquo du sulfate drsquoaluminium et lrsquoanion laquo PO43- raquo
drsquoorthophosphates pour la formation de phosphate drsquoaluminium laquo AlPO4 raquo
Al2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 AlPO4 darr + 3 SO4
2- (81)
Au pH optimal drsquoenviron 6 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-64 moleL
telle que montreacutee agrave la figure 83 soit leacutequivalent de 001 mg PL Toutefois de bonnes
performances sont obtenues avec un sel drsquoaluminium entre les pH de 55 agrave 70 dont
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notamment une concentration de 001 mg PL aux pH de 66 agrave 72 (Smith et al 2007 Kang
et al 2001 citeacutes par USEPA 2008)
Figure 83 Concentration du phosphate drsquoaluminium avec la solubilisation du
phosphore (Metcalf amp Eddy 2003)
Theacuteoriquement une mole de Al est neacutecessaire pour reacuteagir avec une mole de P afin de preacutecipiter
sous la forme du AlPO4 En pratique le rapport molaire aluminium sur phosphore agrave appliquer
aux eaux useacutees est supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique Une partie des cations aluminium
laquo Al3+ raquo preacutecipitent en parallegravele avec des ions hydroxydes laquo OH- raquo pour former des preacutecipiteacutes
drsquohydroxyde drsquoaluminium laquo Al(OH)3 raquo comme le montrent lrsquoeacutequation 82 Cette preacutecipitation
simultaneacutee accroicirct la consommation daluminium mais ces hydroxydes contribuent agrave la
floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Al3+ + 3 OH- rarr Al(OH)3 darr (82)
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Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 84 et le tableau 81 indiquent qursquoun fort niveau de
reacuteduction neacutecessite un fort ratio molaire Al P De plus on peut anticiper quune faible
concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un fort
ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un pourcentage de
reacuteduction infeacuterieure Le tableau 81 montre que le ratio molaire peut atteindre 6 Al 1 Pt ou 7
Al 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont neacutecessaires pour
favoriser la preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo par
deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute autre
chose eacutetant identique
Figure 84 Reacuteduction du phosphore en fonction du dosage drsquoalun
(WEF amp ASCE 1998)
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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notamment une concentration de 001 mg PL aux pH de 66 agrave 72 (Smith et al 2007 Kang
et al 2001 citeacutes par USEPA 2008)
Figure 83 Concentration du phosphate drsquoaluminium avec la solubilisation du
phosphore (Metcalf amp Eddy 2003)
Theacuteoriquement une mole de Al est neacutecessaire pour reacuteagir avec une mole de P afin de preacutecipiter
sous la forme du AlPO4 En pratique le rapport molaire aluminium sur phosphore agrave appliquer
aux eaux useacutees est supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique Une partie des cations aluminium
laquo Al3+ raquo preacutecipitent en parallegravele avec des ions hydroxydes laquo OH- raquo pour former des preacutecipiteacutes
drsquohydroxyde drsquoaluminium laquo Al(OH)3 raquo comme le montrent lrsquoeacutequation 82 Cette preacutecipitation
simultaneacutee accroicirct la consommation daluminium mais ces hydroxydes contribuent agrave la
floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Al3+ + 3 OH- rarr Al(OH)3 darr (82)
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Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 84 et le tableau 81 indiquent qursquoun fort niveau de
reacuteduction neacutecessite un fort ratio molaire Al P De plus on peut anticiper quune faible
concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un fort
ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un pourcentage de
reacuteduction infeacuterieure Le tableau 81 montre que le ratio molaire peut atteindre 6 Al 1 Pt ou 7
Al 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont neacutecessaires pour
favoriser la preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo par
deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute autre
chose eacutetant identique
Figure 84 Reacuteduction du phosphore en fonction du dosage drsquoalun
(WEF amp ASCE 1998)
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 84 et le tableau 81 indiquent qursquoun fort niveau de
reacuteduction neacutecessite un fort ratio molaire Al P De plus on peut anticiper quune faible
concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un fort
ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un pourcentage de
reacuteduction infeacuterieure Le tableau 81 montre que le ratio molaire peut atteindre 6 Al 1 Pt ou 7
Al 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont neacutecessaires pour
favoriser la preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo par
deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute autre
chose eacutetant identique
Figure 84 Reacuteduction du phosphore en fonction du dosage drsquoalun
(WEF amp ASCE 1998)
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Tableau 81 Ratio Al ou Fe sur Pndash Reacutefeacuterences et reacutesultats de la deacutephosphatation
Effluent
(concentration
ou
drsquoenlegravevement)
Preacutecisions Reacutefeacuterences
Al ou Fe
ge 1 mg PL rapport molaire 1 1 Sedlak (1991) citeacute par
US EPA (2010)
80 agrave 98 Psoluble 15 agrave 20 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
05 agrave 10 mg PL 2 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
gt 95 Ptotal 2 agrave 6 MedosePini WEF amp ASCE (1998)
lt 01 mg PL 4 agrave 6 MedosePini dosage au traitement secondaire WEF amp ASCE (2009) citeacute
par US EPA (2010)
lt 01 mg PL 6 agrave 7 MedosePini soluble Smith et al (2007) citeacute par
US EPA (2010)
Al
75 Ptotal Rapport molaire 138 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
85 Ptotal Rapport molaire 172 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
95 Ptotal Rapport molaire 23 AlP Rushton (1952) citeacute par WEF
amp ASCE (1998)
Fe
02 agrave 05 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 2 agrave 5 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 35 FeP
Ceacutemagref (2007)
05 agrave 1 mg PL Soit 90 de reacuteduction drsquoune eau de 5 agrave 10 mg PL appliqueacutee
ratio molaire 25 FeP
Ceacutemagref (2007)
Medose est la dose molaire de lion meacutetallique (fer ou aluminium) et ce lieacutee agrave la quantiteacute molaire du phosphore agrave lrsquoaffluent
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Sulfate et chlorure ferrique Le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo dont le poids molaire est de 3999 g peut repreacutesenter entre 10
agrave 60 en poids du liquide commercial dont la densiteacute peut atteindre 162 kgL Le pourcentage
de fer atteint 12 en poids lorsque la solution commerciale contient 60 de sulfate ferrique
sec Le sulfate ferrique sec peut avec comme formule chimique laquo Fe2(SO4)3 bull 88 H2O raquo dont le
poids moleacuteculaire est drsquoenviron 558 g
Le chlorure ferrique laquo FeCl3 raquo dont le poids molaire est de 1622 g repreacutesente entre 35 et 45
en poids du liquide commercial dont la densiteacute est de 134 agrave 149 kg L (EPA 1987a) Comme
le fer repreacutesente 344 du poids du FeCl3 le pourcentage de fer dans la solution commerciale
oscille entre 12 agrave 155 On considegravere usuellement que le fer repreacutesente 14 en poids drsquoune
solution commerciale agrave 40 en poids de FeCl3 dont la densiteacute est de 14 kg L (EPA 2010)
Les eacutequations 83a et b preacutesentent les reacuteactions chimiques dominantes entre le cation laquo Fe3+ raquo
du sulfate ferrique ou du chlorure ferrique et les anions laquo PO43- raquo drsquoorthophosphates pour la
formation de phosphate de fer laquo FePO4 raquo
Fe2(SO4)3 + 2 PO43- rarr 2 FePO4 darr + 3 SO4
2- (83a)
FeCl3 + PO43- rarr FePO4 darr + 3 Cl- (83b)
Les phosphates de fer sont peu solubles aux pH acides comme le laisse comprendre la figure
85 Au pH optimal drsquoenviron 5 la solubiliteacute reacutesiduelle du phosphore est drsquoenviron 10-57
moleL soit leacutequivalent de 006 mg PL Cette faible concentration est neacuteanmoins six fois
supeacuterieure au 001 mg PL obtenu avec le sel drsquoaluminium Une faible concentration de 007
mg PL avec un sel de fer est obtenue aux pH de 69 agrave 70 (Smith et al 2007 citeacute par EPA
2008)
Figure 85 Concentration du phosphate ferrique avec la solubilisation du phosphore
(Metcalf ampEddy 2003)
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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Reacutefeacuterences
AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA) 1990 Water Quality and
Treatment FW Pontius (dir) New York McGraw-Hill
ASSOCIATION QUEacuteBEacuteCOISE DES TECHNIQUES DE LrsquoEAU (AQTE) 1994 Compte
rendu 17e Symposium international sur le traitement des eaux useacutees Montreacuteal Universiteacute
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Theacuteoriquement un rapport stoechiomeacutetrique dune mole de Fe est neacutecessaire afin de reacuteagir avec
une mole de P pour preacutecipiter sous la forme du FePO4 Un rapport molaire de 1 Fe 1 P
correspond au rapport massique de 180 g de Fe3+ ou agrave 15 g drsquoune solution commerciale de
sulfate ferrique contenant 12 de fer ou agrave 129 g drsquoune solution commerciale de chlorure
ferrique contenant 14 de fer pour 10 g de P
En pratique tout comme pour lrsquoaluminium le rapport molaire fer sur phosphore agrave appliquer est
supeacuterieur au rapport stoechiomeacutetrique car des cations ferriques (Fe3+) reacuteagissent avec des ions
hydroxydes (OH-) pour former des preacutecipiteacutes drsquohydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo comme le
montrent lrsquoeacutequation 84 Cette preacutecipitation simultaneacutee accroicirct la consommation de fer mais ces
hydroxydes contribuent agrave la floculation et agrave la deacutecantation des particules de phosphore
Fe3+ + 3 OH- rarr Fe(OH)3 darr (84)
Les dosages sont notamment fonction des caracteacuteristiques des eaux useacutees des conditions de
brassage et de dispersion de la concentration de phosphore agrave lrsquoeau brute et de la concentration
rechercheacutee au point de rejet La figure 86 et le tableau 81 montrent qursquoun fort niveau de
reacuteduction du phosphore neacutecessite un fort ratio molaire Fe P De plus on peut anticiper quune
faible concentration initiale du P qui est le cas des eaux municipales dilueacutees neacutecessite aussi un
fort ratio molaire pour atteindre une faible concentration reacutesultante et ce malgreacute un
pourcentage de reacuteduction infeacuterieur Le tableau 81 indique que le ratio molaire peut atteindre 6
Fe 1 Pt ou 7 Fe 1 Pd selon le phosphore de deacutepart On preacutesume que ces ratios eacuteleveacutes sont
neacutecessaires pour favoriser preacutecipitation et la floculation lors drsquoune seacuteparation laquo solide-liquide raquo
par deacutecantation La preacutesence drsquoune eacutetape de filtration devrait reacuteduire ces ratios molaires toute
autre chose eacutetant identique
Figure 86 Eacutevolution du rendement drsquoeacutelimination du P en fonction du ratio molaire Fe
apporteacute P appliqueacute (Ceacutemagref 2007)
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Coagulant preacute-hydroliseacutes Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
que les coagulants usuels comme le sulfate ferrique laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Ces coagulants
peuvent ecirctre notamment du poly-aluminium-silico-sulfate (PASS) ou des hydroxydes de sulfate
de chlorure daluminium (ex PALC 108 PAX-XL6) Ces coagulants preacute-hydrolyseacutes
consomment moins dalcaliniteacute par gramme de Al doseacute que celui issu de lrsquoalun Agrave partir de
leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est possible deacutevaluer theacuteoriquement la
quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de multitudes reacuteactions chimiques possibles
des essais avec leau useacutee agrave traiter sont fortement encourageacutes Fait inteacuteressant certains
hydroxydes de sulfate de chlorure daluminium liquide peuvent supporter des tempeacuteratures de
moins de 30oC
Essais et ajustement du dosage
La reacutealisation drsquoessais en laboratoire ou agrave eacutechelle reacuteduite sur le terrain preacutealable agrave la conception
ou en cours drsquoopeacuteration permet de veacuterifier notamment la reacuteduction du phosphore soluble et les
effets sur le pH Ces essais donnent eacutegalement lrsquooccasion de veacuterifier linfluence du point
drsquoinjection du produit chimique du dosage et des conditions de meacutelanges Lrsquoutilisation drsquoun
banc de meacutelange de type jar test permet agrave faibles coucircts de reacutealiser six comparables en mecircme
temps (EPA 2010) Les essais sont encourageacutes mais leurs absences peuvent ecirctre compenseacutees
en partie par des reacutesultats de reacutefeacuterences bibliographiques
De plus il est recommandeacute drsquoeffectuer un suivi au moyen drsquoanalyses drsquoorthophosphates qui
peuvent ecirctre reacutealiseacutees facilement et freacutequemment sur place agrave peu de frais afin dajuster le
dosage de coagulant Le rapport Pto-PO4 doit alors ecirctre eacutetabli puisque les exigences de rejet
srsquoappliquent au phosphore total Le phosphore total doit toutefois ecirctre reacutealiseacute par un laboratoire
accreacutediteacute eacutetant donneacute que les suivis transmis au MDDELCC doivent y ecirctre reacutealiseacutes
Diffeacuterents modes de controcircle du dosage des produits chimiques sont possibles dont lrsquoajustement
manuel le dosage proportionnel au deacutebit le dosage preacuteprogrammeacute ou le systegraveme agrave reacutetroaction
automatique avec analyseur de phosphore Ce sont les systegravemes agrave reacutetroaction automatique qui
optimisent le mieux le dosage de coagulant Comme les dosages asservis (temps deacutebit
reacutetroaction) sont plus complexes drsquoopeacuteration et oneacutereux en capitalisation ils se retrouvent
typiquement dans des grandes stations deacutepuration ougrave lrsquoeacuteconomie Lrsquooptimisation en temps reacuteel
de grandes quantiteacutes de produits chimiques justifie la complexiteacute drsquoopeacuteration et les coucircts de
capitalisation des eacutequipements asservis
Contrairement aux stations meacutecaniseacutees les stations drsquoeacutepuration de type eacutetangs aeacutereacutes ne
neacutecessitent habituellement pas la preacutesence continuelle drsquoopeacuterateurs sur le site ce qui limite les
interventions manuelles drsquooptimisation Les recommandations qui suivent permettrent
drsquoameacuteliorer les proceacutedures de dosage
effectuer peacuteriodiquement des tests pour deacuteterminer la dose de coagulant requis pour
respecter lrsquoexigence de rejet
valider le facteur de conversion Pto-PO4 agrave lrsquoeffluent toutes les semaines durant la peacuteriode
ougrave lrsquoexigence de rejet est en vigueur et ce selon diffeacuterentes conditions meacuteteacuteorologiques
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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(tempeacuterature pluie etc) ou de fonctionnement (preacutesence drsquoalgues etc) Cette validation
permettrait de preacutedire de faccedilon plus preacutecise la concentration en phosphore total agrave partir
drsquoune valeur mesureacutee sur le terrain en orthophosphate De plus une courbe de dosage
(coagulant par rapport au o-PO4) pourrait ecirctre reacutealiseacutee
veacuterifier la calibration de la pompe doseuse peacuteriodiquement soit agrave lrsquoaide drsquoun jeu de
vannes et drsquoun cylindre gradueacute pregraves de la pompe doseuse ou encore mieux en mesurant le
deacutebit doseacute au point drsquoinjection ou tregraves pregraves de ce point
amorcer la deacutephosphatation un mois avant la peacuteriode drsquoexigence en utilisant une dose
normalement afin decirctre pleinement efficace durant la peacuteriode de controcircle de lexigence
8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
Pompe drsquoinjection
Les eacutequipements de dosage de coagulant (ex pompe drsquoinjection) doivent ecirctre suffisamment
flexibles pour couvrir toutes les situations drsquoeacutecoulement dans la station drsquoeacutepuration
(concentrations faibles et eacuteleveacutees en phosphore deacutebit actuel nappe basse deacutebit futur nappe
haute facteur de surdosage faible et eacuteleveacute) Les stations deacutepuration avec de tregraves grandes
variations de deacutebits etou de charges comme les petites stations deacutepuration sans apport de nuit
ou celles avec des apports industriels ponctuels importants sont des candidates agrave des dosages
tregraves variables durant la journeacutee Pour les tregraves grandes variations de dosage les pompes
drsquoinjection doivent avoir des plages de capaciteacutes variables parfois agrave plus de 1 agrave 20 fois le deacutebit
par un simple ajustement
Il faut preacutevoir minimalement une pompe drsquoinjection en reacuteserve afin de pallier agrave un
dysfonctionnement de celle(s) en fonction Tel que mentionneacute preacuteceacutedemment le ou les pompes
drsquoinjections doivent ecirctre preacuteceacutedeacutees drsquoun cylindre gradueacute avec jeu de vannes afin de proceacuteder
peacuteriodiquement agrave la calibration Les pompes drsquoinjection et le ou les cylindres gradueacutes doivent
ecirctre installeacutes dans un bacirctiment chauffeacute
Lorsque le deacutebit drsquoeaux useacutees est discontinu au point drsquoinjection suite agrave un effet de pompage
discontinueacute non temporiseacute par les uniteacutes de traitement preacutealable il peut ecirctre neacutecessaire
drsquoasservir le fonctionnement des pompes doseuses agrave celui des pompes drsquoeaux useacutees en amont
Point drsquoinjection
Selon le type de station drsquoeacutepuration les coagulants et aide-coagulants peuvent ecirctre ajouteacutes agrave de
multiples endroits de la chaine dite laquo liquide raquo (ex preacutetraitement traitement primaire
secondaire ou tertiaire) ou de la chaine dite laquo solide raquo (ex surnageant de bassin
drsquoaccumulation eacutetapes de deacuteshydratation) Peut importe le point drsquoinjection lrsquooptimal serait
que le coagulant soit injecteacute dans un reacuteservoir de meacutelange rapide ougrave toute lrsquoeau useacutee agrave traiter y
srsquoeacutecoule le tout suivi drsquoune eacutetape de floculation comportant un meacutelange lent (voir la section
ulteacuterieure laquo Meacutelange raquo) Lrsquoeacutetape de floculation peut ecirctre accompagneacutee drsquoun dosage drsquoaide
coagulant Le reacuteservoir de meacutelange peut ecirctre speacutecifique ou ecirctre une structure sy apparentant
comme un regard de transfert ou une chicane refermeacutee agrave lrsquoentreacutee du dernier eacutetang aeacutereacute agrave parois
verticales Les coagulants chimiques pour la deacutephosphatation sont geacuteneacuteralement ajouteacutes agrave
laffluent du deacutecanteur alors que les polymegraveres sont ajouteacutes dans le puits dentreacutee du deacutecanteur
(EPA 2010)
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Lrsquoajout du coagulant en aval du reacuteacteur biologique peut ecirctre neacutecessaire car les polyphosphates
qui peuvent repreacutesenter 35 du phosphore total agrave lrsquoaffluent reacuteagissent peu aux coagulants
meacutetalliques mais peuvent se transformer en orthophosphates suite au traitement biologique
Il est recommandeacute de preacutevoir plus drsquoun point de dosage tel qursquoen amont du deacutecanteur primaire
et en amont du deacutecanteur secondaire ou en amont du deacutecanteur secondaire et en amont du
traitement tertiaire afin drsquooffrir une plus grande souplesse dopeacuteration De plus lorsqursquoon
recherche une deacutephosphatation eacuteleveacutee qui requiert lemploi dune grande quantiteacute de coagulants
ou tout simplement une optimisation des quantiteacutes doseacutees lapproche dinjection multipoints
devrait ecirctre envisageacutee Agrave titre indicatif trois points de dosage peuvent ecirctre approprieacutes aux
stations drsquoeacutepuration ougrave la concentration en phosphore est supeacuterieure agrave 6 mgL agrave laffluent (EPA
2008)
Dans les eacutetangs le point drsquoinjection du produit peut ecirctre tregraves eacuteloigneacute de la pompe drsquoinjection
Dans un tel cas la quantiteacute de coagulants arrivant au point dinjection doit pouvoir ecirctre mesureacutee
de faccedilon volumeacutetrique afin de veacuterifier la quantiteacute reacuteellement injecteacutee et confirmer labsence de
fuite La figure 87 preacutesente un scheacutema dinstallation ougrave un coagulant est doseacute agrave mecircme un regard
avec un diffuseur dair comme source dagitation
Figure 87 Scheacutema dun regard dinjection de coagulant
Pour les nouveaux projets lrsquoemploi de rideau flottant pour seacuteparer le dernier eacutetang ainsi que le
dosage de coagulant directement dans le dernier eacutetang aeacutereacute pregraves drsquoun diffuseur sans
confinement est agrave proscrire car ils ne permettent pas drsquoassurer un contact du coagulant avec
toute lrsquoeau agrave traiter ni une garantie drsquoun meacutelange rapide efficace
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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La figure 88 scheacutematise les localisations des points drsquoinjection drsquoun coagulant en preacute-
preacutecipitation en preacutecipitation simultaneacutee ou en post-preacutecipitation sur la ligne liquide alors que
le tableau 82 preacutesente des tendances (effets) selon le point drsquoinjection retenu La preacute-
preacutecipitation est reacutealiseacutee en injectant les coagulants en amont du deacutecanteur primaire
La preacutecipitation simultaneacutee est reacutealiseacutee en injectant les coagulants au reacuteacteur biologique (ex
dans la conduite drsquoentreacutee ou dans la liqueur mixte drsquoune boue activeacutee) ou entre le reacuteacteur et le
deacutecanteur secondaire Dans le cas drsquoeacutetangs aeacutereacutes non illustreacute le coagulant est typiquement
injecteacute juste avant drsquoentrer dans le dernier eacutetang Dans le cas drsquoeacutetangs non aeacutereacutes agrave vidange
peacuteriodique semi-annuelle le dosage des produits chimiques peut se faire directement dans les
eacutetangs au moyen drsquoune embarcation (chaloupe) agrave moteur Cette pratique consiste agrave doser pregraves
de lheacutelice un coagulant chimique liquide et agrave parcourir lensemble de la superficie de leacutetang
avant chaque vidange peacuteriodique Cette approche a eacuteteacute eacuteprouveacutee notamment en Ontario et aux
Eacutetats-Unis (Pycha et Lopez 2000) et est utiliseacutee agrave quelques endroits au Queacutebec Une chaloupe
de type commercial agrave fond plat doit pouvoir accueillir en toute seacutecuriteacute deux personnes les
eacutequipements du dosage chimique ainsi que les eacutequipements assurant la santeacute et la seacutecuriteacute du
personnel (ex eacutecope paire de rames ligne dattache flottante) La chaloupe doit respecter la
norme de la partie III du Regraveglement sur les petits bacirctiments (DORS 201091) ainsi que celle
applicable aux bacirctiments autres que ceux de plaisance (TP 1332) de Transports Canada Le
numeacutero drsquoidentification de coque (NIC) doit apparaicirctre sur lrsquoembarcation (MAMOT 2012)
La leacutegegravereteacute de lembarcation peut ecirctre un critegravere selon le mode de mise et de sortie agrave leau
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Figure 88 Scheacutema de repreacutesentation des options de dosages de coagulant meacutetallique
pour la deacutephosphatation (Nutt 1991)
Tableau 82 Effet du choix du point drsquoinjection de coagulant
Critegravere Preacute-
preacutecipitation
Preacutecipitation
simultaneacutee
Post-
preacutecipitation
Dosage requis eacuteleveacute modeacutereacute faible
Aide-coagulant normalement requis oui non possiblement
Nuisance agrave la transformation carboneacutee etou azoteacutee possible possible nulle
Enlegravevement des MES et de la DBO eacuteleveacute modeacutereacute faible
Production de boues eacuteleveacutee modeacutereacutee faible
phosphore dans les MES faible modeacutereacute eacuteleveacute
Meacutetaux agrave lrsquoeffluent final faible modeacutereacute eacuteleveacute
Lors drsquoune preacute-preacutecipitation ou en preacutecipitation simultaneacutee il faut garder une concentration
minimale du phosphore qui eacutequivaut agrave 1 agrave 15 de la DBO agrave enlever et ce comme nutriment
biologique Un manque de phosphore au traitement biologique peut engendrer des effets
neacutegatifs (EPA 2008) Un enlegravevement excessif du phosphore en amont du traitement biologique
ou dans le reacuteacteur pourrait subvenir notamment dans des stations drsquoeacutepuration ougrave le controcircle
automatiseacute asservi aux concentrations drsquoorthophosphates sont typiquement absent et ougrave il y a de
grandes variations de deacutebits sans opeacuterateur en permanence comme pour les petites stations
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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drsquoeacutepuration De plus la forme du phosphore restant (orthophosphates polyphosphates
phosphore organique particulaire) pourrait influencer la transformation de la partie carboneacutee
Certes les microorganismes peuvent extraire du phosphore de la fraction particulaire mais cela
demande plus drsquoeffort que celui utiliseacute directement des orthophosphates Or ces
orthophosphates reacuteagissent rapidement aux coagulants chimiques pour former des composeacutes
peu solubles ce qui laisse peu drsquoorthophosphates facilement disponibles lorsqursquoil se pratique
une preacute-preacutecipitation ou drsquoune preacutecipitation simultaneacutee inadeacutequate Si en plus le temps de
reacutetention des solides est faible dans le reacuteacteur les microorganismes disposent de peu de temps
pour extraire le phosphore des solides
De plus une preacute-preacutecipitation ou la preacutecipitation simultaneacutee pourraient engendrer une baisse
excessive de pH dans certains cas ce qui nuirait agrave la transformation de la pollution carboneacutee et
azoteacutee Conseacutequemment advenant une preacute-preacutecipitation ou une preacutecipitation simultaneacutee dans le
reacuteacteur sans surveillance soutenue les quantiteacutes de coagulants doseacutees devraient laisser une
marge de manoeuvre suffisante agrave lrsquoactiviteacute biologique (P et pH) Pour ce faire les quantiteacutes
doseacutees devront ecirctre limiteacutees et un point drsquoinjection en aval (ex entre le reacuteacteur et le deacutecanteur
secondaire) devra ecirctre ameacutenageacute pour compleacuteter lrsquoenlegravevement du phosphore Dans le cas des
biofiltres un dosage subseacutequent ne peut pas avoir lieu car il nrsquoy a geacuteneacuteralement pas de
seacuteparation solide-liquide apregraves le reacuteacteur biologique
En ce qui a trait agrave la post-preacutecipitation elle implique la mise en place deacutequipements de
seacuteparation solides-liquides comme la deacutecantation ou la filtration tertiaire apregraves un traitement
secondaire complet
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
Page 43 sur 51
822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Meacutelange
La reacuteaction des phosphates avec les oxydes meacutetalliques deacutepend fortement des conditions de
meacutelange (Smith et al 2007) De plus en absence dagitation suffisante les sels meacutetalliques
risques de couler eacutetant plus denses que les eaux useacutees (EPA 2008) Pour une utilisation
optimale des produits chimiques ils doivent ecirctre injecteacutes dans un endroit de forte agitation
quon associe agrave leacutetape du laquo meacutelange rapide raquo afin dassurer une dispersion rapide des sels
meacutetalliques Ce meacutelange peut ecirctre obtenu par lrsquoemploi drsquoun moteur coupleacute agrave une heacutelice ou par
lrsquoeffet de brassage obtenu agrave lrsquoaide de diffusion drsquoair dans lrsquoeau agrave titre drsquoexemple Les
meacutelangeurs statiques qui font intervenir lrsquoeacutenergie de lrsquoeacutecoulement hydraulique requiert un
entretien reacutegulier pour preacutevenir le colmatage De plus ils sont mal adapteacutes aux variations
importantes des deacutebits avec un brassage parfois insuffisant agrave faible deacutebit ou une perte de charge
excessive agrave fort deacutebit Lrsquousage de meacutelangeur statique devrait ecirctre limiteacute qursquoaux installations ougrave
le deacutebit anticipeacute est peu variable comme sur une conduite de refoulement drsquoune pompe agrave deacutebit
unique avec accegraves facile pour son entretien Une section de remplacement doit pouvoir prendre
la place du meacutelangeur statique lors de son entretien
Une floculation avec des eacutequipements deacutedieacutes (bassin et meacutelangeur) ou par lexistence dune
zone hydraulique leacutegegraverement en mouvement favorise le grossissement des flocs ce qui accroicirct
lefficaciteacute de la seacuteparation solide-liquide Il faut eacuteviter les zones de fortes turbulences apregraves un
meacutelange rapide ou apregraves une floculation afin de preacuteserver les flocs formeacutes
Le tableau 83 preacutesente des critegraveres lieacutes au meacutelange rapide ainsi quagrave la floculation selon
diffeacuterentes sources Le laquo T raquo est le temps drsquoagitation usuellement de 5 agrave 120 secondes au
meacutelange rapide alors que le paramegravetre laquo G raquo est le gradient de vitesse usuellement de 250 agrave
1 500 s-1 au meacutelange rapide Le laquo GT raquo est usuellement de 36 000 agrave 45 000 au meacutelange
rapide
Tableau 83 Critegraveres du meacutelange rapide et de la floculation
WPCF amp ASCE
(1982)
Metcalf amp Eddy
(2003)
Gamme
T (s)
Meacutelange rapide 30 agrave 120 5 agrave 30 5 agrave 120
Floculation 300 agrave 1 800 1 800 agrave 3 600 300 agrave 1 800
G (s-1)
Meacutelange rapide 300 agrave 1 500 250 agrave 1 500 250 agrave 1 500
Floculation 40 agrave 100 50 agrave 100 40 agrave 100
GT
Meacutelange rapide 36 000 agrave 45 000 nd 36 000 agrave 45 000
Floculation 12 000 agrave 30 000 nd 12 000 agrave 30 000
En compleacutement au tableau 83 drsquoautres auteurs recommandent un G entre 200 agrave 300 s-1 sur une
peacuteriode de 10 agrave 30 secondes (Szabo et al 2008 citeacute par EPA 2010) alors que certains autres
recommandent un G de 300 agrave 1 000 s-1 (Smith et al 2007) La reacuteaction du coagulant se fait en
1 agrave 10 secondes en eau chaude selon le meacutecanisme de coagulation impliqueacute mais peut ecirctre
passablement ralentie agrave une tempeacuterature infeacuterieure agrave 4degC (AWWA 1990 citeacute dans le Guide
de conception des installations de production deau potable) Baseacute sur un banc dessai
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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expeacuterimental il a eacuteteacute constateacute que la majoriteacute du phosphate reacuteagit avec le fer dans les 10 agrave 20
premiegraveres secondes au gradient de meacutelange de G 425 s-1
Lrsquoeacutequation 85 relie le gradient de vitesse laquo G raquo agrave la puissance laquo P raquo au volume laquo V raquo et agrave la
viscositeacute du liquide (Camp amp Stein 1943 citeacute par Metcalf amp Eddy 2003) Agrave partir du tableau
83 et de leacutequation 85 il devient possible de calculer agrave titre dexemple la puissance agrave fournir
par un aeacuterateur dans un regard en amont du dernier eacutetang ougrave un coagulant serait ajouteacute
G = (P(microV))05 (85)
ougrave G gradient de vitesse (s-1)
P puissance reacuteelle dissipeacutee au liquide (W)
micro viscositeacute dynamique ((N s)m2)
V volume occupeacute par le liquide dans le bassin drsquoagitation (m3)
Les petits projets drsquoassainissement des eaux useacutees comparativement aux plus grands coucirctent
plus cher ce qui conduit tregraves souvent au reacuteemploi drsquoeacutequipements sans veacuterification formelle Le
dosage de coagulant agrave mecircme un regard de transfert avec alimentation drsquoair agrave partir de la
conduite principale peut ecirctre un bon exemple Or lrsquoabsence drsquoopeacuterateur en permanence dans les
petits projets peacutenalise lrsquooptimisation des dosages et fragilise lrsquoobtention drsquoexcellents rendements
constants Conseacutequemment il faut concevoir les petits projets avec la mecircme minutie que les
grands projets compte tenu de la preacutesence restreinte de lrsquoopeacuterateur Le dosage de coagulant
dans un regard de transfert reste acceptable mais il devra respecter les critegraveres du meacutelange
rapide pour la grande majoriteacute du temps drsquoopeacuteration
8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
Dureacutee de vie
Les besoins futurs doivent ecirctre envisageacutes sur une peacuteriode drsquoune vingtaine drsquoanneacutees (EPA
2010) De faccedilon plus speacutecifique selon le Guide de conception des installations de production
drsquoeau potable on pourrait envisager une dureacutee de vie utile drsquoenviron 5 agrave 7 ans pour
lrsquoinstrumentation et le controcircle drsquoenviron 7 agrave 10 ans pour lrsquoeacutequipement eacutelectromeacutecanique et
de lrsquoordre de 30 ans pour les ouvrages de geacutenie civil
Livraison abris et stockage
Le chemin daccegraves et les aires de circulation autour du bacirctiment doivent permettre agrave tout camion
de livraison de pouvoir quitter et srsquoengager sur la voie publique en marche avant
Il faut minimalement un abri afin de proteacuteger les reacuteservoirs de coagulants contre les
intempeacuteries le rayonnement du soleil et le vandalisme Lrsquoexigence semi-annuelle en
deacutephosphatation peut couvrir maximalement du 15 mai au 14 novembre ougrave du gel est possible
en deacutebut comme en fin de peacuteriode au Queacutebec drsquoautant plus qursquoil faut deacutebuter le dosage bien
avant le 15 mai Un abri rudimentaire sans isolation et sans chauffage ne peut ecirctre preacutevu
qursquoavec lrsquoemploi de coagulant liquide et de reacuteservoir pouvant supporter des tempeacuteratures sous
zeacutero Lorsqursquoune exigence annuelle est imposeacutee un bacirctiment isoleacute et chauffeacute agrave une tempeacuterature
minimale de 10oC doit ecirctre preacutevu Un bacirctiment chauffeacute en plus de contenir les pompes
drsquoinjection permet lrsquousage drsquoune plus grande varieacuteteacute de produits dont ceux neacutecessitant une
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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solubilisation ou une dilution Fait agrave noter les polymegraveres sont usuellement dilueacutes avant le
dosage mais pas les coagulants (EPA 2010)
Le volume demmagasinement des produits chimiques agrave la station drsquoeacutepuration doit permettre
une autonomie drsquoau moins 30 jours ou correspondant agrave environ 15 fois le volume de livraison
en vrac Pour les produits livreacutes sous forme liquide la gestion par baril de 200 L (45 gallons) est
inteacuteressante pour les projets neacutecessitant moins de 2 000 Lan du produit chimique Agrave 2 000 L et
plus par anneacutee un reacuteservoir fixe de 5 000 L est recommandeacute afin de reacuteduire les coucircts de
transport Lusage de reacuteservoirs cubiques de 1 000 L laquo totes raquo est aussi possible mais devrait
ecirctre limiteacute aux stations munies de quai de deacutechargement dont la hauteur correspond agrave celle de la
plateforme du camion livreur car plusieurs petits chariots eacuteleacutevateurs de livreur ne permettent
pas de manipuler des laquo totes raquo pouvant deacutepasser 1 600 kg lorsque utiliseacute notamment avec du
sulfate ferrique Fait agrave noter les laquo totes raquo ne peuvent subir qursquoun nombre limiteacute de remplissages
avant le remplacement reacutegulier de la robinetterie
Tous les mateacuteriaux du systegraveme de dosage (reacuteservoir pompe tuyauterie robinetterie) doivent
ecirctre choisis en tenant compte de la nature corrosive des produits chimiques susceptibles drsquoy
srsquoeacutecouler De plus la tuyauterie doit ecirctre ameacutenageacutee de faccedilon agrave en faciliter son entretien
preacuteventif ainsi que les interventions curatives advenant une cristallisation agrave la suite notamment
dune baisse de tempeacuterature excessive Lorsque les conduites qui acheminent les produits
liquides sont enfouies elles doivent ecirctre installeacutees dans une gaine (conduite de diamegravetre
supeacuterieur) afin de la proteacuteger des travaux dexcavation et permettre la deacutetection de fuite De
plus le rayon de courbure de la gaine etou la preacutesence de regard(s) devront faciliter la
reacuteintroduction dune conduite de remplacement
Les coagulants agrave base de sels drsquoaluminium peuvent ecirctre conserveacutes dans un reacuteservoir en acier
inoxydable nuance 316 ou en plastique renforceacute de fibre de verre (FRP Fiber Reinforced
Plastic) Les coagulants agrave base de fer peuvent ecirctre entreposeacutes dans des reacuteservoirs en FRP ou des
reacuteservoirs en polypropylegravene (EPA 2010)
Tous les produits chimiques liquides doivent ecirctre entreposeacutes dans une aire de confinement ou
dans un reacuteservoir agrave doubles parois en cas de bris ou deacutecoulement accidentel Le volume de
confinement doit ecirctre minimalement eacutegal au volume du reacuteservoir sil ny a quun ou eacutegale agrave
125 du plus volumineux des reacuteservoirs regroupeacutes Dans le cas drsquoutilisation des laquo totes raquo de
1 000 L ou des barils de 200 L entreposeacutes sur un caillebotis le volume de confinement peut
ecirctre sous le plancher ou deacutecaleacute via un plan drsquoeacutecoulement Les eaux de pluies et de drainage
exteacuterieures ne doivent pas ecirctre achemineacutees au bassin de confinement Les bassins de
confinement ne doivent pas disposer de drain ou de trop-plein mais un point bas faciliterait la
reacutecupeacuteration par pompage du liquide accumuleacute
Seacutecuriteacute
Les fiches signaleacutetiques des produits utiliseacutees doivent ecirctre tenues en compte afin de choisir les
eacutequipements selon la seacutecuriteacute des lieux et du personnel La Commission de la santeacute et de la
seacutecuriteacute au travail (CSST) preacutesente notamment le Systegraveme dinformation sur les matiegraveres
dangereuses utiliseacutees au travail (SIMDUT) sur son site internet
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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De laire dentreposage jusquaux points de meacutelange les liquides se manipulent plus facilement
que les solides Advenant la reacuteception de produits chimiques sous forme solide ils seront
solubiliseacutes avant decirctre achemineacutes aux points dinjection La solubilisation preacutealable agrave linjection
augmente le temps de manipulation en plus daccroicirctre les risques de contacts avec les
travailleurs (peau yeux poumons) De plus la ventilation des aires de travail devrait ecirctre
adeacutequate advenant la manipulation de solides ayant une dangerositeacute comme les coagulants
acides Lorsqursquoils sont disponibles les produits liquides devraient ecirctre prioriseacutes tout
particuliegraverement pour les coagulants
La soude caustique liquide pour compenser un pH trop acide est toutefois agrave proscrire car elle
peut provoquer un pH excessif agrave lrsquoeffluent avec un faible eacutecart de dosage (voir section 815
pour plus de deacutetails) et constitue un produit tregraves risqueacute agrave manipuler et agrave entreposer
814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
Le phosphore dissous peut ecirctre reacuteduit theacuteoriquement agrave 001 mg PL avec laluminium ou agrave 006
mg PL avec le fer tel que mentionneacute agrave la section 8131 Une fois la reacuteduction importante du
phosphore soluble obtenue lrsquoefficaciteacute de la reacuteduction du phosphore deacutepend de la capaciteacute du
systegraveme de traitement agrave retenir le phosphore particulaire La section 73 laquo Seacuteparation solide-
liquide raquo du preacutesent guide preacutecise des critegraveres de conception sur la deacutecantation et la filtration
membranaire Deux sous-sections sont preacutesenteacutees soit 8141 laquo Deacutecantation raquo et 8142
laquo Filtration raquo en lien notamment avec les performances en deacutephosphatation
Il est inteacuteressant de noter que le resserrement des normes sur le phosphore passe par une
reacuteduction de la concentration des MES agrave lrsquoeffluent Le phosphore peut repreacutesenter 15 des
MES dans les traitements qui utilisent les produits chimiques (EPA 1987b citeacute par EPA 2008)
En tenant compte du phosphore dissous il faut geacuteneacuteralement moins de 5 mgL de MES agrave
leffluent pour obtenir moins de 02 mg PtL (EPA 2009)
La turbiditeacute peut ecirctre mesureacutee en continu facilement par des eacutequipements standard et elle est
souvent utiliseacutee pour suivre leacutevolution de la qualiteacute du filtra et estimer les MES Agrave titre
indicatif la filtration peut produire un effluent infeacuterieur agrave 2 UTN qui correspond agrave environ 28 agrave
32 mg MESL et lorsque la turbiditeacute agrave lrsquoaffluent drsquoun filtre est infeacuterieure agrave 7 UTN elle
correspond agrave environ 10 agrave 17 mg MESL
Les eacutequations empiriques 86 et 87 eacutetablissent des liens entre la turbiditeacute et les MES agrave lrsquoeffluent
drsquoun traitement secondaire ainsi qursquoagrave lrsquoeffluent drsquoune filtration (Metcalf amp Eddy 2003)
Effluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire
MES [mgL] = (20 agrave 24) x Turbiditeacute [UTN] (86)
Effluent drsquoun filtre
MES [mgL] = (13 agrave 15) x Turbiditeacute [UTN] (87)
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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8141 Deacutecantation
La deacutecantation peut se limiter au deacutecanteur primaire en preacute-preacutecipitation comme dans le cas des
traitements physico-chimique ou de la biofiltration Elle peut se faire en partie ou en totaliteacute en
dans un deacutecanteur secondaire qui suit une preacutecipitation simultaneacutee drsquoune boue activeacutee agrave titre
drsquoexemple ou agrave mecircme un eacutetang peu ou pas agiteacute La post-preacutecipitation peut compleacuteter le tout
par un deacutecanteur tertiaire installeacute apregraves un traitement secondaire complet
Traitement en preacute-preacutecipitation
Dans la preacute-preacutecipitation le point drsquoinjection est situeacute en amont de la deacutecantation primaire Le
tableau 84 preacutesente des reacutesultats obtenus de lrsquoapplication Suivi des ouvrages municipaux
dassainissement des eaux (SOMAE) de stations drsquoeacutepuration du Queacutebec utilisant un
traitement physico-chimique sans traitement biologique (2010-2013) ainsi qursquoun traitement par
biofiltres avec coagulant (2009-2013) De plus ce tableau preacutesente les niveaux drsquoexigences
technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du
phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 84 Performances rapporteacutees de traitements en preacute-preacutecipitation
Physico-chimique
(exigence technologique 05 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
8 installations moy 04 mg PL eacutecart type 01 mg PL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PL)
Nombre drsquoinstallations Effluent
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits chimiques uniquement en
preacute-preacutecipitation (physico-chimique biofiltration) preacutesente des concentrations moyennes qui
respectent leur performance technologique Les performances technologiques sont identiques agrave
celles de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees
drsquoorigine domestique
Leffluent de huit stations physico-chimique a preacutesenteacute une concentration moyenne de 04 mg
PL avec un eacutecart type de 01 mgL et respecte lrsquoexigence technologique retenue agrave 05 mg PL
Cette moyenne agrave lrsquoeffluent en comparaison avec la concentration moyenne de 16 mg PL en
2013 agrave laffluent des traitements physico-chimiques correspond agrave un enlegravevement moyen de
75 Ce pourcentage se retrouve dans la gamme drsquoenlegravevements de 70 agrave 90 du phosphore
total de lrsquoaffluent reacutepertorieacute par EPA (1987a) Selon lrsquoEPA(2008) lrsquoeffluent drsquoun traitement
physico-chimique pourrait se situer entre 05 et 1 mg PL Les tregraves petites tailles drsquoinstallations
municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu
preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg
PL
Les quatre installations de biofiltration ont respecteacute lrsquoexigence technologique de 06 mg PL
avec comme moyenne de 052 mg PL et un eacutecart type de 006 mgL Il faut rappeler que le
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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dosage de coagulant en amont drsquoun reacuteacteur biologique comme la biofiltration doit laisser
passer suffisamment de phosphore pour combler les besoins des microorganismes agrave transformer
la DBO soluble en DBO particulaire
Lors dune deacutephosphatation chimique la charge superficielle laquo Cs raquo sur un deacutecanteur primaire
ne devrait pas exceacuteder 24 m3m2d au deacutebit moyen ni exceacuteder 48 m3m2d au deacutebit de pointe
(Metcalf amp Eddy 1991) Avec lusage de polymegravere la Cs pourrait doubler pour atteindre 49
m3m2d au deacutebit moyen (EPA 1987a) Le Ministegravere recommande toutefois agrave la section 73 du
preacutesent guide des Cs plus contraignants soit un maximum de 8 agrave 16 m3m2d au deacutebit moyen et
un maximum de 24 agrave 32 m3m2d au deacutebit de pointe
La deacutecantation lamellaire permet daccroicirctre de plusieurs fois la surface effective du deacutecanteur
Lespacement la longueur et langle dinclinaison des lamelles ainsi que lapproche et la reprise
hydraulique pregraves des lamelles sont des eacuteleacutements agrave se preacuteoccuper lors de la conception
Lexploitation devra tenir compte de lentretien des lamelles dans ses recommandations
drsquoexploitation afin de limiter un colmatage significatif qui nuirait agrave la performance eacutepuratoire
Si la deacutecantation lamellaire est retenue la proposition devra justifier les critegraveres de conception
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Traitement en preacutecipitation simultaneacutee
Dans la preacutecipitation simultaneacutee le point drsquoinjection du coagulant est situeacute en amont ou
directement dans le reacuteacteur biologique Un point drsquoinjection additionnel peut se retrouver entre
le reacuteacteur biologique et le deacutecanteur secondaire
Un reacuteacteur biologique convertit rapidement les polyphosphates en orthophosphates Ainsi
le phosphore soluble agrave lrsquoeffluent se retrouve majoritairement sous la forme dorthophosphates
(EPA 2010) Cette conversion facilite la reacuteaction du phosphore soluble (orthophosphates) avec
le coagulant meacutetallique doseacute LrsquoEPA (2010) rapporte que la deacutecantation secondaire
conventionnelle peut abaisser la concentration de phosphore total agrave moins de 05 ou agrave moins de
1 mgL selon le type de traitement secondaire installeacute en amont
Le tableau 85 preacutesente des reacutesultats de suivi en phosphore obtenus de lrsquoapplication SOMAE
pour la peacuteriode de 2009 agrave 2013 de divers traitements biologiques avec coagulation chimique
sans post-preacutecipitation et sans deacutecantation ou filtration tertiaire De plus ce tableau preacutesente
les niveaux drsquoexigences technologiques en lien avec le tableau 2 de la Position ministeacuterielle
sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Tableau 85 Performances rapporteacutees de traitements en preacutecipitation simultaneacutee
Nombre drsquoinstallations Effluent
Boue activeacutee
(exigence technologique 06 mg PtL)
35 installations moy 035 mg PtL eacutecart type 003 mg PtL
Biofiltre
(exigence technologique 06 mg PtL)
4 installations moy 052 mg PtL eacutecart type 006 mg PtL
Biodisque
(exigence technologique 08 mg PtL)
12 installations moy 089 mg PtL eacutecart type 017 mg PtL
Eacutetang aeacutereacute
(exigence technologoqie 08 mg PtL)
310 installations moy 056 mg PtL eacutecart type 005 mg PtL
Eacutetangs non aeacutereacutes agrave deacutecharge peacuteriodique
(exigence technologique 1 mg PtL)
13 installations moy 066 mg PtL eacutecart type 010 mg PtL
Lrsquoensemble des stations de traitement du Queacutebec dosant des produits en preacutecipitation
simultaneacutee preacutesente des concentrations moyennes qui respectent leur performance
technologique sauf pour celle des biodisques Ces derniegraveres avec une moyenne de 089 mg
PL ne respectent pas lrsquoexigence de 08 mgL Malgreacute ce constat le Ministegravere maintient la
limite technologique agrave 08 mg PtL car les deacutepassements seraient majoritairement dus agrave des bris
ou de problegravemes drsquoexploitations Les performances technologiques sont identiques agrave celles de
la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets drsquoeaux useacutees drsquoorigine
domestique
Les informations sur les charges superficielles preacutesenteacutees agrave lrsquoitem preacuteceacutedent (preacute-preacutecipitation)
ainsi qursquoau chapitre 73 sont applicables au deacutecanteur secondaire en preacutecipitation simultaneacutee
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
Page 43 sur 51
822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Pour les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes la deacutecantation srsquoeffectue agrave mecircme les eacutetangs Dans le cas
drsquoeacutetangs aeacutereacutes le point drsquoinjection du coagulant se situe geacuteneacuteralement en amont du dernier
eacutetang Tout en maintenant un niveau drsquooxygegravene minimal de 2 mgL lrsquoaeacuteration doit ecirctre
maintenue au minimum au deacutebut du dernier eacutetang afin de favoriser la floculation et maximiser
la superficie de la zone tranquille (zone de deacutecantation) Cette derniegravere devrait correspondre agrave
plus de deux jours de temps de reacutetention hydraulique sans exceacuteder quatre jours (voir section
613 du preacutesent guide) Une zone de seacutedimentation correspondant agrave une reacutetention hydraulique
de deux journeacutees au deacutebit moyen avec une profondeur de 35 megravetres drsquoeau correspond agrave une Cs
de 175 md ou agrave 175 m3m2d soit theacuteoriquement bien meilleure que les Cs de 8 agrave 16 md
mentionneacutees preacuteceacutedemment
Dans le cas des eacutetangs non aeacutereacutes le coagulant est disperseacute sur toute la surface de lrsquoeacutetang agrave lrsquoaide
drsquoune embarcation motoriseacutee Le coagulant est deacuteverseacute dans le bouillon de lrsquoheacutelice du moteur
Un deacutelai suffisant permet aux preacutecipiteacutes formeacutes de deacutecanter (seacutedimenter) avant leacutevacuation du
surnageant Les deacutelais doivent ecirctre drsquoau moins 24 heures pour une profondeur allant jusqursquoagrave 18
m (liquide et boue) et un deacutelai drsquoau moins 48 heures pour les eacutetangs de plus de 18 m de
profondeur
Traitement par post-preacutecipitation
Agrave la suite drsquoun traitement secondaire complet il peut ecirctre requis drsquoajouter un point drsquoinjection
de coagulant avec une eacutetape de seacuteparation laquo solide-liquide raquo par deacutecantation ou filtration afin
de reacuteduire davantage le phosphore Un effluent entre 01 agrave 02 mg PL est possible avec
coagulant et deacutecantation tertiaire en aval drsquoune preacutecipitation simultaneacutee dans un traitement
biologique incluant une deacutecantation (Nutt 1991) La deacutecantation tertiaire a donneacute des
concentrations de 0032 agrave 062 mg PtL dans quatre stations deacutepuration (Reardon 2005 citeacute par
EPA 2010)
Les tregraves petites tailles drsquoinstallations municipales (deacutebit moyen annuel le 500 m3d) avec peu de
souplesse et ougrave lrsquoopeacuterateur est peu preacutesent pourraient toutefois eacuteprouver des difficulteacutes agrave
respecter une exigence infeacuterieure agrave 1 mg PL malgreacute lrsquoajout drsquoun traitement par post-
preacutecipitation Une post-preacutecipitation peut donc ecirctre ajouteacutee agrave la suite drsquoinstallations de tregraves
petites tailles comme celles utilisant des nouvelles technologies classeacutees sans deacutephosphatation
speacutecifieacutee associeacutee avec une performance reconnue agrave 1 mg PL Eacutevidemment la post-
preacutecipitation est deacutependante drsquoune bonne reacuteduction du phosphore soluble par le coagulant
8142 Filtration
La fonction principale de la filtration est de retirer les solides du liquide agrave traiter Elle est
typiquement reacutealiseacutee avec un meacutedia granulaire simple ou multicouche en un ou deux eacutetapes
(stages) Les particules sont retenues plus ou moins profondeacutement dans le meacutedia granulaire et
en sont retireacutees lors de lrsquoentretien plus ou moins rapprocheacute (ex lavage automatique freacutequent
scarification manuelle occasionnelle) La filtration peut ecirctre membranaire avec eacutevacuation du
liquide filtreacute drsquoun cocircteacute et purge occasionnelle du concentreacute
La filtration apregraves un traitement biologique est parfois deacutesigneacutee comme une filtration
tertiaire ou laquo post-filtration raquo Ideacutealement la concentration moyenne journaliegravere agrave laffluent
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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dun filtre granulaire doit ecirctre infeacuterieure agrave 25 mg MESL Lorsque la concentration en MES
deacutepasse 40 mgL il faut bonifier le traitement en amont de la filtration (WEF amp ASCE 1998)
En 2013 des stations avec filtration dont lrsquoexigence eacutetait de 03 mg PtL ont rejeteacute en
moyenne 020 mg PtL avec un eacutecart type de 008 mg PtL selon lrsquoapplication SOMAE
Certains filtres agrave sable classiques agrave un taux de filtration de 006 L(m2 min) agrave la sortie drsquoeacutetangs
aeacutereacutes sont en opeacuteration depuis plus de 10 ans sans colmatage observeacute Ces filtres donnent un
effluent qui contient moins de 03 mg PtL Ces reacutesultats appuient les performances
technologiques de la Position ministeacuterielle sur la reacuteduction du phosphore dans les rejets
drsquoeaux useacutees drsquoorigine domestique
Les tableaux 86 et 87 preacutesentent des reacutesultats de suivi en phosphore pour diverses stations
de traitements avec filtration granulaire ou membranaire et ce selon plusieurs reacutefeacuterences
Majoritairement on constate que les concentrations sont infeacuterieures agrave 03 mg PL pour la
filtration granulaire et elles sont infeacuterieures agrave 01 mg PL pour la double filtration ou la filtration
membranaire Si le diamegravetre nominal (orifice libre agrave lrsquoeacutecoulement) de la membrane est
infeacuterieur agrave 005 microm la filtration membranaire serait en mesure de reacuteduire la concentration de
phosphore en dessous de 01 mg PtL
Agrave rendement eacutequivalent une filtration tertiaire permet de reacuteduire le dosage de coagulant et
preacutesente des reacutesultats plus stables (Boller 1976 et 1984 citeacute par Meunier 1996) La filtration
granulaire preacutesente toutefois un prix dexploitation comparable aux proceacutedeacutes de post-
preacutecipitation avec ajustement de pH (Meunier 1996) Leacuteconomie en coagulant serait en partie
ou en totaliteacute annuleacutee par les deacutepenses dexploitation associeacutee au coucirct deacutenergie lieacute au
rehaussement hydraulique du liquide agrave filtrer et au pompage des eaux de lavages
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Tableau 86 Reacuteduction en phosphĥore rapporteacutee pour divers traitements avec filtration granulaire ou membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
Filtration granulaire simple ou double eacutetape (stage)
lt 01 mg PL lt 5 MESL et absence de Pd US EPA (2010)
01 agrave 05 mg PL Traitement primaire physico-chimique avec deacutecantation et post-filtration US EPA (2008)
01 mg PL Traitement physico-chimique (dosage et deacutecantation) suivi drsquoun dosage de coagulant avant la filtration US EPA (2008)
0026 agrave 024 mg PL
moy an 0058 mg PL
Fosseacutes doxydation avec deacutecanteur secondaire
Dosage de produit chimique en amont dune deacutecantation tertiaire avec filtration US EPA (2008)
Moyenne mensuelle
0017 agrave 013 mg PtL
conc max mesureacutee 013 mg PtL
Boue activeacutee suivi drsquoune biofiltration et post-preacutecipitation avec filtration
8 Filtres DynaSand de 24 m de profondeur US EPA (2007)
015 agrave 030 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie drsquoune filtration Nutt (1991)
010 agrave 020 mg PL Preacutecipitation simultaneacutee dans le traitement biologique avec deacutecantation suivie du dosage de produit
chimique en amont dune filtration Nutt (1991)
Filtration granulaire double eacutetape (stage)
moy 0084 mg PL Deux filtres Dynasand en seacuterie (Dynasand D2) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Trident Dynasand D2 Advanced Filtration System Blue Pro lit drsquoinfiltration US EPA (2008)
Filtration membranaire
Effluent Preacutecisions Reacutefeacuterences
lt 001 mg PL Membrane basse pression US EPA (2010)
0024 agrave 0067 mg PL Ultrafiltration agrave fibre creuse Porositeacute nominale 004 (ZeeWeed 500) US EPA (2010)
lt 01 mg PL Membrane drsquoune faccedilon geacuteneacuterale US EPA (2008)
moy annuelle 007 mg PL
gamme 0011 agrave 0554 mg PtL Reacuteacteur biologique agrave membrane avec ajout drsquoalun US EPA (2008)
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Tableau 87 Suivis drsquoinstallations queacutebeacutecoises avec traitements secondaires coagulation chimique et filtration granulaire
Traitement secondaire Type de filtre
Exigences Anneacutee 2013 Charge
superficielle
(au deacutebit moyen
annuel de 2013)
(L (m2 min)
Deacutetails
(mg PL) Moyenne
Affluent
(mg PL
Effluent
(mg PL)
Boues activeacutees Dynasand 08
06
mensuelle
saisonniegravere 144 028 140
12 filtres de 23 m2filtre
agrave lavage continu
Boues activeacutees Vortisand 03 annuelle 617 023 47
3 filtres de 066 m2filtres
(dia 091 m)
( d sable= 04 mm )
2 sur 3 en opeacuteration normale
filtre agrave vortex
Boues activeacutees Agrave pont roulant
Magog
05
03
mensuelle
annuelle 113 027 62
2 filtres monocouches de 527 m2filtre
lavage de 1 agrave 2 fois par jour
Boues activeacutees Agrave pont roulant 05
03
mensuelle
annuelle 267 011 77 2 filtres monocouches de 565 m2filtre
Physico-chimique Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
annuelle 303 027 84
10 filtres de 49 m2filtre
10 m deacutepaisseur de sable sable 18
mm
Boues activeacutees Filtre agrave sable
conventionnel
05
03
mensuelle
saisonniegravere 424 014 97
8 filtres monocouche de 28 m2filtre
D10 = 13 mm Cu = 16
15 m eacutepaisseur de sable goulotte pour
les eaux sales
Eacutetangs aeacutereacutes Filtre agrave sable
classique 03 annuelle 294 lt 002 0079
750 mm drsquoeacutepaisseur
D10 = 022 mm Cu = 40
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique St-
Malo
03 annuelle 186 023 0104
Un filtre opeacuterationnel (sur trois) de
575 m2filtre
de 750 mm eacutepaisseur de sable
Eacutetangs aeacutereacutes
Filtre agrave sable
classique
Village de
Warden
03 annuelle 659 023 0021
3 des 4 filtres de 484 m2filtre sont en
opeacuteration en mecircme temps de 750 mm
eacutepaisseur de sable classe A
10 Lm2 min equiv 144 mh
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Filtres monocouches ou multicouches
Lorsquun filtre monocouche de granules de mecircme densiteacute est fluidiseacute durant un lavage une
seacutegreacutegation physique se produit avec un regroupement des plus fines particules sur le
dessus Ce pheacutenomegravene acceacutelegravere le colmatage de surface en mode filtration descendante
avec accroissement de la freacutequence des lavages et reacuteduction du taux de reacutecupeacuteration soit le
rapport entre lrsquoeau rejeteacutee (eau filtreacutee - eau de lavage) diviseacutee par lrsquoeau filtreacutee Pour contrer
ce pheacutenomegravene on choisit soit lrsquoapproche des particules granulaires de diamegravetre homogegravenes
ou lapproche de multicouches Le gravier de support lorsque preacutesent nest pas comptabiliseacute
comme une couche filtrante
Lhomogeacuteneacuteiteacute dune couche filtrante se veacuterifie en fonction du diamegravetre effectif laquo D10 raquo qui
est le diamegravetre du tamis laissant passer uniquement 10 de la masse du meacutedia granulaire et
du coefficient duniformiteacute laquo Cu raquo est la reacutesultante de D60 diviseacutee par le D10 En pratique les
valeurs de D10 et D60 sont obtenues dune courbe traceacutee agrave partir des reacutesultats de plusieurs
tamis Comme le D60 est supeacuterieur au D10 le Cu est une valeur supeacuterieure agrave 10 Un meacutedia
dont le D10 et le D60 sont tregraves semblables donne un Cu tregraves pregraves de 10
Linteacuterecirct des multicouches est de maintenir en surface les grosses particules afin de preacutesenter
les plus grands vides au deacutebut de la filtration Les grandes ouvertures permettent une
meilleure utilisation de la profondeur du filtre ce qui retarde un eacuteventuel colmatage de
surface Lors des lavages par fluidisation les plus grosses particules sont associeacutees aux
mateacuteriaux de faibles densiteacutes leur permettant de rester au-dessus Les multicouches sont
usuellement constitueacutes de sable avec soit de lilmeacutenite etou du grenat etou de lanthracite
(Metcalf amp Eddy 2003)
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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Reacutefeacuterences
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Treatment FW Pontius (dir) New York McGraw-Hill
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Diamegravetre des particules filtrantes et eacutepaisseurs du meacutedia
Lorsquon recherche agrave leffluent municipal une concentration infeacuterieure ou eacutegale agrave 10 mgL
en MES les filtres ont rarement un meacutedia filtrant constitueacute de particules granulaires
supeacuterieures agrave 2 mm en diamegravetre Lusage de meacutedia de 2 mm et moins en diamegravetre eacutelimine
typiquement leacutecoulement preacutefeacuterentiel engendreacute par leffet de perceacute (breakthrough) et permet
dobtenir un filtra agrave environ 5 mgL de MES speacutecialement sil est preacuteceacutedeacute du dosage dun
coagulant (WEF amp ASCE 1998)
Il ny a pas un guide qui relie les diamegravetres des particules filtrantes et les profondeurs aux
pourcentages denlegravevement des MES (WEF amp ASCE 1998) Toutefois les systegravemes
opegraverent typiquement selon les informations au tableau 88 Le deacutebit maximal appliqueacute sur
les filtres devrait ecirctre compris dans la gamme des valeurs preacutesenteacutees On constate que
laugmentation deacutepaisseur du meacutedia filtrant saccompagne dune augmentation de diamegravetre
effectif (045 agrave 25 mm pour le sable et de 13 agrave 27 mm pour lanthracite) et du taux moyen
de filtration (120 agrave 200 L(m2 min))
Tableau 88 Critegraveres de conception des filtres agrave meacutedia granulaire et taux rapides
Type de filtre
Taux de
filtration
[Lmsup2∙min]
Type de
mateacuteriau
Profondeur
[mm]
Diamegravetre effectif
(D10)
[mm]
Coefficient
drsquouniformiteacute (Cu)
Faible prof
a monocouche 80 agrave 240 (120) Anthracite 300 agrave 500 (400) 08 agrave 15 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 300 agrave 360 (330) 045 agrave 065 (045) 12 agrave 16 (le 15)
Conventionnel
a monocouche 80 agrave 400 (160) Anthracite 600 agrave 900 (750) 08 agrave 20 (13) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 240 (120) Sable 500 agrave 750 (600) 04 agrave 08 (065) 12 agrave 16 (le 15)
Lit profond
a monocouche 80 agrave 400 (200) Anthracite 900 agrave 2 100 (1 500) 2 agrave 4 (27) 13 agrave 18 (le 15)
a monocouche 80 agrave 400 (200) Sable 900 agrave 1 800 (1 200) 2 agrave 3 (25) 12 agrave 16 (le 15)
bicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
a ρ = 160
a 360 agrave 900 (720)
b 300 agrave 600 (450)
a 08 agrave 20 (13)
b 08 agrave 20 (12)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 180 agrave 360 (360)
b 150 agrave 300 (300)
a 04 agrave 08 (065)
b 04 agrave 08 (065)
a 12 agrave 16 (le 15)
b 12 agrave 16 (15)
multicouche 80 agrave 400 (200)
Anthracite
1e de 4 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 400 (200) 13 agrave 20 (16)
a 13 agrave 16 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
2e de 4 couches
a ρ = 160
a 120 agrave 480 (240)
b 100 agrave 400 (200)
a 10 agrave 16 (11)
b 10 agrave 16 (12)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Anthracite
1e de 3 couches
a ρ = 160
a 240 agrave 600 (480)
b 200 agrave 500 (400) 10 agrave 20 (14)
a 14 agrave 18 (le 15)
b 14 agrave 18 (16)
Sable
a ρ = 265
a 240 agrave 480 (300)
b 200 agrave 400 (250) 04 agrave 08 (05)
a 13 agrave 18 (le 15)
b 13 agrave 18 (16)
Grenat
a ρ = 42 50 agrave 150 (100)
a 02 agrave 06 (035)
b 02 agrave 06 (03)
a 15 agrave 18 (le 15)
b 15 agrave 18 (16)
Les valeurs sont les gammes geacuteneacuteralement admises avec entre parenthegraveses les valeurs typiques (a) Metcalf amp Eddy (2003) (b) WEF amp ASCE (1998)
En absence de a et de b les deux reacutefeacuterences preacutesentent les mecircmes valeurs
10 Lm2 min equiv 144 mh
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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En geacuteneacuteral un coefficient duniformiteacute Cu infeacuterieur ou eacutegal agrave 17 est preacutefeacuterable pour tous les
filtres Par ailleurs un Cu infeacuterieur agrave 13 est recommandeacute pour les filtres monocouches
profonds tout particuliegraverement pour ceux nettoyeacutes avec lair (WEF amp ASCE 1998)
Choix du type de filtre granulaire La conception des filtres se fait selon les regravegles de lart pour les filtres sans proprieacuteteacute
intellectuelle ou selon les informations speacutecifiques pour les eacutequipements de compagnies
(breveteacute marque enregistreacutee)
Filtre agrave lavage intermittent
La filtration lente (1 agrave 2 L(m2∙min)) dont lrsquoeacutepaisseur de sable est de 150 agrave 380 mm sur une
eacutepaisseur eacutequivalente de meacutedia grossier peut atteindre typiquement 60 drsquoenlegravevement des
solides agrave partir drsquoun effluent de lit bacteacuterien contenant de 20 agrave 90 mgL de MES Simple agrave
construire ce type de filtre est sensible agrave la tempeacuterature sujet au colmatage exige de grands
espaces et un entretien manuel Ce type de filtre est de moins en moins utiliseacute (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (80 agrave 250 L(m2 min)) sur sable (D10 lt 1 mm) dont lrsquoeacutepaisseur peut
atteindre 610 mm est agrave eacuteviter dans le traitement des eaux useacutees eacutetant donneacute sa susceptibiliteacute
agrave se colmater rapidement car les solides peacutenegravetrent rarement agrave plus de 150 mm (WEF amp
ASCE 1998)
La filtration rapide (taux moyen de 250 agrave 330 L(m2 min)) sur sable (D10 148 agrave 25 mm) ou
sur lrsquoanthracite (D10 27 mm) dont lrsquoeacutepaisseur est de 12 agrave 18 m permet une meilleure
utilisation de la profondeur du filtre avec un coefficient drsquouniformiteacute drsquoenviron 11 Cette
configuration permet de retarde le colmatage de surface et de reacuteduire les lavages La taille
du meacutedia est limiteacutee par la capaciteacute de reacutetro lavage du filtre Les probleacutematiques de
nettoyage et de grand volume drsquoeau de lavage peuvent ecirctre eacuteviteacutes par lrsquoutilisation drsquoair aux
taux de 003 agrave 004 msup3(msup2 s) avec un taux de rinccedilage de 250 agrave 330 Lmsup2∙min La hauteur
totale du filtre peut atteindre 37 m en tenant compte de lensemble des compartiments
(WEF amp ASCE 1998)
Les filtres agrave lit profond bicouches ou multicouches semblent ecirctre la majoriteacute des filtres
utiliseacutes aux Eacutetats-Unis selon la revue des systegravemes de filtration de traitement deaux useacutees
municipales (WPCF 1989 citeacute par WEF amp ASCE 1998)
Drsquoautre part les caracteacuteristiques particuliegraveres des filtres breveteacutes ou enregistreacutes permettent
de diminuer les pheacutenomegravenes de colmatage preacutecoce reprocheacute au filtre agrave faible profondeur ou
conventionnel Les eacutetudes reacutealiseacutees speacutecifiquement sur ces produits de compagnie avec des
eaux useacutees comparables de mecircme que la documentation fournie par les compagnies
permettent de faire un choix adeacutequat
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Le mateacuteriel granulaire du ou des meacutedias doit ecirctre combleacute advenant une perte excessive par
abrasion graduelle engendreacutee par les lavages ou lors dun soulegravevement localiseacute exageacutereacute des
suites dun bris de buses de distribution deaux de lavages Malgreacute les lavages standards
reacutepeacuteteacutes des masses de particules (mudball) peuvent sagglomeacuterer au meacutedia filtrant reacuteduisant
la capaciteacute de filtration Des lavages avec des eacutequipements compleacutementaires comme
laeacuteration peuvent reacuteduire ces accumulations La preacutesence dhuile eacutemulsifieacutee est
particuliegraverement difficile agrave retirer des filtres et peut neacutecessiter un nettoyage agrave la vapeur
Le deacuteclenchement des lavages se fait usuellement selon latteinte dune perte de charge
maximale ou un niveau maximal de turbiditeacute du filtra (EPA 2010) Une capaciteacute de
filtration trop faible etou un intervalle maximal de temps atteint entre deux lavages peuvent
eacutegalement deacuteclencher des lavages Les eaux de rejet issues du lavage des filtres peuvent ecirctre
dirigeacutees en tecircte de traitement pour ecirctre meacutelangeacutees aux eaux brutes agrave laffluent de la station de
traitement srsquoil y a une eacutetape de seacuteparation solide-liquide (ex boue activeacutee avec deacutecantation
secondaire) avant la filtration Au besoin un bassin de reacutetention peut recevoir les eaux de
lavage afin de les rediriger en tecircte de la station drsquoeacutepuration agrave deacutebit constant Les filtres agrave
lavage intermittent doivent ecirctre en mesure de traiter 100 du deacutebit maximal horaire attendu
sur les filtres lorsqursquoune partie des filtres est en reacutetro lavage
Filtre agrave vortex
Certains filtres agrave vortex ont eacuteteacute mis en marcheacute pour le traitement des eaux useacutees Une
filtration tangentielle par un effet de vortex agrave lrsquoadmission du filtre maintient en mouvement
les particules des eaux useacutees en les projetant et les retenant sur les parois circulaires du filtre
La preacutesence du micro sable en surface maintenu en mouvement par leffet de vortex limite
la peacuteneacutetration profonde des solides ce qui reacuteduit la quantiteacute deau de lavage lors du
deacuteclenchement des reacutetrolavages
Filtre agrave lavage continu
Le fonctionnement de filtre agrave sable agrave mouvement ascendant avec un lavage en continu peut
se reacutesumer comme suit Leau est introduite par des buses au fond du lit de sable et travers
un lit de sable jusquau deacuteversoir situeacute en haut du filtre Une pompe agrave eacutemulsion dair (air lift)
soulegraveve centreacutee au bas du filtre le sable et les solides associeacutes ce qui engendre la descente
graduelle du meacutedia filtrant Des solides et le sable entraicircneacutes par leacutemulsion se seacuteparent de
faccedilon agrave ce que les solides (plus leacutegers) soient dirigeacutes vers la sortie alors que le sable nettoyeacute
(plus lourd) est redeacutepose au-dessus du lit de sable et recommence le processus Ces filtres agrave
lavage continu ont lavantage de ne pas avoir de piegraveces mobiles autres que le compresseur
dair et requiegraverent moins deacutenergie et drsquoentretien que les filtres agrave reacutetrolavage traditionnels De
plus le lavage en continu ne requiert pas de bassin deacutegalisation des eaux de lavages
La filtration descendante sur sable peu profond avec pont laveur permet de maintenir la
majoriteacute de la capaciteacute de filtration tout en permettant la reacutegeacuteneacuteration du filtre Tout comme
la filtration ascendante le lavage en continu de la filtration descendante ne requiert pas de
bassin deacutegalisation des eaux de lavages
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
Les coagulants meacutetalliques preacutecipitent les orthophosphates mais engendrent des effets
secondaires Ces effets se retrouvent notamment dans lrsquoaccroissement des concentrations
de meacutetaux agrave lrsquoeffluent dans lrsquoaccroissement des quantiteacutes de boues geacuteneacutereacutees ainsi qursquoune
reacuteduction de lrsquoalcaliniteacute et du niveau de pH Le choix du systegraveme de deacutephosphatation et du
mode drsquoexploitation doit tenir compte des effets directs et indirects sur lexploitation et
lenvironnement conjointement aux coucircts drsquoimmobilisation qursquoimplique la mise en place de
ces eacutequipements
Accroissement des sels meacutetalliques agrave lrsquoeffluent
Lrsquoaluminium ou le fer sont notamment preacutesents agrave lrsquoeffluent traiteacute au sulfate drsquoaluminium
ou au chlorure ferrique Sur certaines installations en France ougrave le taux de traitement au
FeCl3 nrsquoest pas optimiseacute et ougrave des surdosages en fer sont reacuteguliegraverement rencontreacutes il a
eacuteteacute noteacute une forte coloration (canal de sortie milieu naturel sur plusieurs centaines de
megravetres) Un eacutechantillonnage moyen journalier a preacutesenteacute des concentrations de 11 agrave 17
mg FeL et de 6 mg MESL agrave la sortie soit un ratio drsquoenviron 20 agrave 30 FeMES
(Ceacutemagref 2007) Agrave cela srsquoajoute le fait que le fer peut se fixer aux lampes UV
reacuteduisant lefficaciteacute de deacutesinfection et provoquant des entretiens plus freacutequents Un bon
controcircle du dosage de fer et du niveau de pH permettant au fer laquo Fe3+ raquo de preacutecipiter
sous fourme de FePO4 ou de Fe(OH)3 pourrait limiter cet inconveacutenient engendreacute par la
preacutesence de cations Fe3+ libres
Le MDDELCC preacutesente des Critegraveres de qualiteacute de lrsquoeau de surface en concentrations de
fer et drsquoaluminium agrave tenir compte que ce soit directement agrave lrsquoeffluent (effet aigu) de la
station drsquoeacutepuration drsquoeau useacutee ou apregraves une zone restreinte de meacutelange (effet chronique)
Le Guide de conception des installations de production drsquoeau potable preacutesente eacutegalement
des concentrations limites agrave lrsquoeffluent des stations de traitement drsquoeau potable pour des
deacuteversements
Accroissement des boues (reacutesidus) et valorisation
La production de boues suppleacutementaires est consideacutereacutee comme un inconveacutenient majeur de la
deacutephosphatation chimique Le volume de boues additionnel deacutepend notamment de la
concentration en phosphore de lrsquoaffluent et du dosage du coagulant choisi
Pour estimer la quantiteacute de boues chimiques produites par lrsquoajout de sels meacutetalliques il est
admis que le phosphore preacutecipite sous forme de phosphate daluminium laquo AlPO4 raquo ou de
phosphates de fer (FePO4) Le reste des cations (dosage en excegraves) va preacutecipiter sous forme
dhydroxyde daluminium laquo Al(OH)3 raquo ou dhydroxyde de fer laquo Fe(OH)3 raquo
Agrave ces boues chimiques sajoute eacutegalement un enlegravevement plus pousseacute des MES et des
matiegraveres colloiumldales Comme diverses autres reacuteactions chimiques peuvent se produire
lrsquoEPA (1987a) recommande dajouter 35 agrave lrsquoestimation des quantiteacutes theacuteoriques des boues
chimiques
Les boues issues du traitement chimique contiennent une grande proportion de matiegravere
inorganique que les boues primaires et secondaires usuellement Cette caracteacuteristique peut
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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avoir une incidence sur le traitement des boues notamment lrsquoeacutepaississement et la
deacuteshydratation
On peut estimer le volume des boues produites avec lrsquoeacutequation suivante
V = Ms ((1000 kg de boue liquidem3 de boue) x Ps) (28)
ougrave V volume liquide de boue (m3)
Ms masse segraveche de solide (kg)
Ps sicciteacute des boues (kg de solideskg de boue liquide)
Les boues chimiques ont un contenu eacuteleveacute en phosphore mais la forte teneur en sels
meacutetalliques peut les rendre impropres agrave la valorisation agricole Le MDDELCC pense
introduire dans une prochaine version du Guide sur le recyclage des matiegraveres reacutesiduelles
fertilisantes des critegraveres maximaux sur le fer et lrsquoaluminium pour les biosolides
municipaux et les boues de fosses septiques servant agrave la fertilisation Lrsquoapplication de tels
critegraveres pourrait restreindre la valorisation de certaines boues (reacutesidus) municipales
advenant un fort dosage de coagulant agrave base de fer ou drsquoaluminium
Alcaliniteacute
Les sels meacutetalliques peuvent engendrer une baisse drsquoalcaliniteacute de lrsquoeau useacutee traiteacutee
Comme lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau se deacutefinit par sa capaciteacute agrave neutraliser un acide une perte
drsquoalcaliniteacute reacuteduit sa reacutesistance agrave lrsquoacidification
Lrsquoalcaliniteacute des riviegraveres au Queacutebec varie geacuteneacuteralement de 58 agrave 76 mg CaCO3L
(CEAEQ 2011) Les activiteacutes domestiques peuvent srsquoaccroicirctre de 60 agrave 120 mg CaCO3L
lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau potable (Metcalf amp Eddy 2003) Lrsquoalcaliniteacute drsquoune eau brute est
souvent suffisante pour compenser la consommation du coagulant sans baisse
significative du pH mais dans certains cas des baisses significatives du pH sont
observeacutees particuliegraverement srsquoil y a surdosage de coagulant
Une baisse significative drsquoalcaliniteacute peut provoquer des niveaux de pH inadeacutequats avec
effet directement ou indirectement sur la vie aquatique du milieu reacutecepteur Le Regraveglement
sur les ouvrages municipaux dassainissement des eaux useacutees (ROMAEU) speacutecifie pour
lrsquoeffluent des stations drsquoeacutepuration municipales une norme sur le niveau de pH qui doit ecirctre
compris entre 60 et 95 en tout temps ainsi que la norme drsquoabsence de toxiciteacute aigueuml agrave la
truite arc-en-ciel ou agrave la daphnie ou aux deux agrave la fois eacutegalement en tout temps Agrave ces effets
srsquoajoute celle au reacuteacteur biologique ougrave lrsquoactiviteacute bacteacuteriologique peut ecirctre affecteacutee par des
pH trop faibles comme la nitrification lorsque le pH passe sous la valeur de 68 Agrave titre
indicatif lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle recommandeacutee agrave lrsquoeffluent drsquoune station drsquoeacutepuration
secondaire est de 50 agrave 100 mgL en CaCO3 (WEF amp ASCE 2006 citeacute par EPA 2008)
Au-delagrave des coagulants acides une infiltration deau tregraves douce (faible alcaliniteacute) dans le
reacuteseau de collecte une fermentation acidogegravene engendreacutees par des conditions
anaeacuterobiques dans le reacuteseau drsquoeacutegout et la nitrification qui consomme 714 mgL de CaCO3
par mgL de NH4+-N nitrifieacute peuvent contribuer individuellement ou collectivement agrave
reacuteduire lrsquoalcaliniteacute et le pH Le cumul de ces effets peut provoquer une baisse excessive du
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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pH drsquoougrave lrsquoimportance de consideacuterer lrsquoalcaliniteacute et de pouvoir en estimer lrsquoampleur Fait agrave
noter dans la perceptive que lrsquoalcaliniteacute ne serait pas suffisante pour maintenir un
reacutesiduel de 50 mgL ou que lrsquoajout drsquoun produit alcalin est preacutevu la station drsquoeacutepuration
devra posseacuteder une sonde de pH agrave lrsquoeffluent afin de suivre en continu ce paramegravetre
Plus speacutecifiquement lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau naturelle est principalement lieacutee aux carbonates
laquo CO32- raquo aux bicarbonates laquo HCO3
- raquo et aux hydroxydes laquo OH- raquo Vu lrsquoimportance
usuelle des carbonates et des bicarbonates lrsquoalcaliniteacute srsquoexprime en eacutequivalence de
carbonate de calcium laquo CaCO3 raquo Leacutequation 88 preacutesente les principaux eacuteleacutements qui
composent lrsquoalcaliniteacute et les symboles laquo [ ] raquo deacutesignent des concentrations molaires
alc = ([HCO3-] + 2[CO3
2-] + [OH-] - [H+]) x (50 g CaCO3 drsquoalcaliniteacutemole) (88)
Le gaz carbonique peut reacuteagir avec lrsquoeau pour former de lrsquoacide carbonique laquo H2CO3 raquo
qui peut se transformer en bicarbonates laquo HCO3- raquo en carbonates laquo CO3
2-raquo avec
libeacuteration drsquoion H+ comme le montre les eacutequations 89 agrave 811 Comme lacide carbonique
ne peut pas accepter dion H+ il ne fait pas partir des eacuteleacutements alcalins
CO2 + H2O harr H2CO3 (89)
H2CO3 harr HCO3- + H+ (810)
HCO3- harr CO3
2- + H+ (811)
Libeacuteration drsquoions H+ et reacuteduction dalcaliniteacute suite agrave lrsquousage de coagulant
Entre les pH de 5 agrave 9 la majoriteacute des orthophosphates sont sous la forme ionique H2PO4- ou
HPO42- comme lindiquait la figure 81 Lorsqursquoun cation de Al3+ ou de Fe3+ se lit agrave lrsquoanion
PO43- du HPO4
2- ou du H2PO4- pour former un preacutecipiteacute de phosphate meacutetallique il y a
libeacuteration dun ou de deux ions H+ comme le montre les eacutequations 812 agrave 815 Il y a
eacutegalement libeacuteration dions H+ suite agrave la formation de preacutecipiteacutes dhydroxyde meacutetallique
comme le montre les eacutequations 816 et 817
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 H2PO4- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 4 H+ + 14 H2O (812)
Al2(SO4)3 14 H2O + 2 HPO42- rarr 2 AlPO4 darr+3 SO4
2- + 2 H+ + 14 H2O (813)
FeCl3 + H2PO4- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 H+ (814)
FeCl3 + HPO42- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + H+ (815)
Al2(SO4)3 14 H2O + 6 H2O- rarr 2 Al(OH)3 darr+3 SO4
2- + 6 H+ + 14 H2O (816)
FeCl3 + 3 H2O rarr Fe(OH)3 darr+ 3 Cl- + 3 H+ (817)
Ainsi les ions H+ libeacutereacutes vont reacuteagir avec lalcaliniteacute lors de la formation de preacutecipiteacutes par
les sels meacutetalliques acides comme le montre les eacutequations 818 agrave 823 Lorsque le pH
srsquoabaisse sous une valeur approximative de 64 la transformation du HCO3- en H2CO3
engendre une perte drsquoalcaliniteacute puisque le H2CO3 nrsquoest pas un eacuteleacutement alcaliniteacute De plus
comme le H2CO3 peut se deacutegazer en partie sous forme de CO2 (eacutequ 89) la perte
drsquoalcaliniteacute peut ecirctre irreacuteversible sans nouvel apport Le dosage de coagulant acide entraicircne
donc une reacuteduction drsquoalcaliniteacute et une baisse plus ou moins significative du pH
Al2(SO4)3 + 2 H2PO4- + 4 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+4 CO2 + 3 SO42- + 4 H2O (818)
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Al2(SO4)3 + 2 HPO42- + 2 HCO3
- rarr 2 AlPO4 darr+2 CO2 + 3 SO42- + 2 H2O (819)
FeCl3 + H2PO4- + 2 HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + 2 CO2 + 2 H2O (820)
FeCl3 + HPO42- + HCO3
- rarr FePO4 darr+ 3 Cl- + CO2 + 2 H2O (821)
Al3+ + 3 HCO3- rarr Al(OH)3 darr + 3 CO2 (822)
Fe3+ + 3 HCO3- rarr Fe(OH)3 darr + 3 CO2 (823)
Le tableau 89 preacutesente la consommation theacuteorique dalcaliniteacute en fonction que le fer ou que
laluminium preacutecipite sous forme de phosphates ou dhydroxydes Les orthophosphates
initiaux pour lrsquoeacutevaluation theacuteorique de ce tableau sont consideacutereacutes sous la forme de H2PO4-
soit la situation qui maximise la consommation drsquoalcaliniteacute Le surdosage de coagulant ou
une consommation de 714 mgL de CaCO3 par mgL de NH4+-N pour la nitrification
combineacute agrave une eau useacutee particuliegraverement douce (peu mineacuteraliseacutee) peuvent abaisser le pH agrave
lrsquoeffluent Conseacutequemment il faut valider theacuteoriquement lrsquoalcaliniteacute reacutesiduelle en validant
une concentration minimale de 50 mg CaCO3L
Tableau 89 Quantiteacute drsquoalcaliniteacute neacutecessaire pour neutraliser lrsquoaciditeacute des trois sels
meacutetalliques selon les formes de preacutecipiteacutes
Pour 1 mg de fer ou drsquoaluminium sous forme de
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
370 mg CaCO3 556 mg CaCO3 179 mg CaCO3 269 mg CaCO3
Pour 1 ml de solution commerciale de coagulant sous forme de
Alun agrave 43 de Al
(densiteacute 13 kgL)
FeCl3 agrave 14 de fer
(densiteacute 14 kgL)
Fe2(SO4)3 agrave 12 de fer
(densiteacute 16 kgL)
AlPO4 darr Al(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr FePO4 darr Fe(OH)3 darr
021 g CaCO3 031 g CaCO3 035 g CaCO3 053 g CaCO3 034 g CaCO3 052 g CaCO3
Certains coagulants preacute-hydrolyseacutes renferment des ions OH- ce qui les rendent moins acides
par gramme de Al que celui issu des coagulants usuels comme le sulfate ferrique
laquo Fe2(SO4)3 raquo ou lrsquoalun Agrave partir de leacutequation chimique du coagulant preacute-hydrolyseacute il est
possible deacutevaluer theacuteoriquement la quantiteacute dalcaliniteacute incorporeacutee mais compte tenu de
multitudes de reacuteactions chimiques possibles des essais avec leau useacutee agrave traiter sont
fortement encourageacutes
Ajout de produits alcalins
Le tableau 810 preacutesente des bases fortes et faibles selon des poids moleacuteculaires et quelques
solubiliteacutes exprimeacutees en gramme par centimegravetre cube drsquoeau Les bases faibles ont des pH
maximaux infeacuterieurs aux pH des bases fortes
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
Page 50 sur 51
Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Tableau 810 Liste de produits basiques avec eacutequivalence en alcaliniteacute CaCO3
Base
Formule
Poids Solubiliteacute Eacutequivalent
g__
mole
g base ()
100 cc deau
g base
g CaCO3
Forte - Groupe I
Hydroxyde de sodium NaOH 400 42 agrave 347 0400
Hydroxyde de potassium KOH 562 107 agrave 178 0562
Forte - Groupe II
Oxyde de calcium CaO 561 007 agrave 0131 0561
Hydroxyde de calcium Ca(OH)2 741 0077 agrave 0185 0741
Hydroxyde de magneacutesium Mg(OH)2 583 00009 agrave 0004 0583
Oxyde de magneacutesium MgO 403 000062 agrave 00086 0403
Chaux dolomitique vive (CaO)06 (MgO)04 498 0498
Chaux dolomitique hydrateacutee [Ca(OH)2]06 [Mg(OH)2]04 678 0678
Faible
Bicarbonate de sodium NaHCO3 841 69 agrave 164 1682
Carbonate de sodium Na2CO3 1060 71 agrave 455 1060
Carbonate de calcium CaCO3 1001 00014 agrave 00019 10
( source CRC 1987)
Il est possible de compenser la perte dalcaliniteacute par lajout de bases comme le laisse
comprendre le tableau 810 ougrave des eacutequivalences en alcaliniteacute CaCO3 sont preacutesenteacutees pour
plusieurs produits Agrave titre indicatif une valeur de 50 mgL dalcaliniteacute CaCO3 peut ecirctre
obtenue par une 10-3 moleL de OH- ou par une 10-3 moleL de HCO3- comme le laisse
comprendre leacutequation 88 Malgreacute leacutequivalence dalcaliniteacute le pH dune solution peut ecirctre
tregraves diffeacuterent selon le produit alcalin choisi Une eau initialement pure avec une
concentration de 10-3 moleL de OH- aurait un pH1 de 11 alors quune eau pure avec 10-3
moleL de HCO3- en eacutequilibre chimique avec 10-363 moleL de H2CO3 aurait un pH2 de 7
Une eau de mecircme alcaliniteacute peut donc avoir des pH tregraves diffeacuterents selon le produit utiliseacute
car lalcaliniteacute nest pas en soi une mesure de pH Des essais en laboratoire etou agrave petite
eacutechelle sont recommandeacutes notamment pour valider le dosage drsquoun produit alcalin en
fonction des dosages de coagulants et du pH rechercheacute
A priori le dosage de produit alcalin peut srsquoeffectuer agrave plusieurs endroits dans une station
drsquoeacutepuration Toutefois lrsquoajout drsquoune base forte peut entraicircner une forte augmentation du pH
jusqursquoau point de dosage du coagulant en aval A priori le dosage du produit alcalin devrait
ecirctre en fonction du dosage de coagulant et reacutealiseacute preacutefeacuterablement au mecircme point de dosage
que le coagulant
Base forte (usage agrave proscrire)
La grande solubiliteacute de lhydroxyde de sodium laquo NaOH raquo (soude caustique) permet
drsquoatteindre un pH de 14 Or une surdose drsquouniquement 10 drsquoune base forte alors qursquoon
viserait drsquoatteindre un pH de 7 drsquoune eau agrave un pH infeacuterieure agrave 5 peut produire un pH final
supeacuterieur agrave 10 Cest lrsquoeacutecart de plus de 2 uniteacutes de pH et la capaciteacute des bases fortes agrave
1 pH = 14 - pOH = 14 - (- log [OH-]) = 14 - (- log 0001) = 14 - (3) = 11 2 pH = - log [H+] = - log ((10-637 x [H2CO3])[HCO3
-]) = - log ((10-637 x 10-363)10-3) = 7
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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hausser facilement le pH qui peut engendrer une sur correction importante du pH malgreacute un
faible eacutecart du dosage
La base forte drsquooxyde de calcium laquo CaO raquo (chaux vive) tout comme lrsquohydroxyde de
calcium laquo Ca(OH)2 raquo (chaux eacuteteinte) peuvent atteindre eacutegalement des pH de plus de 12
Lutilisation dun lait de chaux agrave base de CaO ou de Ca(OH)2 dont la concentration est
usuellement de 50 agrave 100 gL et majoritairement sous forme particulaire peut engendrer des
variations excessives du pH au point de dosage advenant un manque drsquohomogeacuteneacuteiteacute du lait
de chaux
Conseacutequemment lemploi dune base forte non ou peu dilueacutee peut engendrer un pH au-delagrave
de 95 Pour eacuteviter des pH excessifs lemploi des bases fortes nrsquoest pas accepteacute sur la ligne
liquide des stations drsquoeacutepuration des eaux domestiques
Base faible (usage recommandeacute)
Les bases faibles ont des solubiliteacutes et des pH maximaux infeacuterieurs aux bases fortes du
groupe I limitant lrsquoatteinte de pH excessif De plus des bases faibles apportent etou
forment des eacuteleacutements tampons intermeacutediaires qui reacuteduisent les variations brusques de pH Si
le pH minimal de 6 de la norme du ROMAEU nrsquoeacutetait pas respecteacute lrsquousage de bases faibles
est recommandeacute en compleacutement aux coagulants de faibles ou de fortes aciditeacutes
Il existe diffeacuterentes bases faibles et il faut prioriser celles qui ont les plus grandes solubiliteacutes
afin de limiter les volumes de preacuteparation et de dosage Si le point drsquoinjection est loin du
bacirctiment de service il faut porter attention au choix du produit agrave la concentration et agrave la
tempeacuterature drsquoopeacuteration afin drsquoeacuteviter la cristallisation dans la conduite drsquoinjection
Le concepteur des eacutequipements de manipulation drsquoentreposage et de dosage doit se reacutefeacuterer
notamment aux recommandations du fournisseur du produit Il est deacuteconseilleacute de meacutelanger
un produit basique avec un produit acide avant le point de meacutelange des eaux useacutees agrave traiter
car cela pourrait accroicirctre la production dhydroxyde (ex Al(OH)3) au deacutetriment de la
formation de preacutecipiteacutes de phosphate meacutetallique (ex AlPO4)
Agrave titre indicatif le carbonate de sodium laquo Na2CO3 raquo est une base faible et livrable sous
forme de granules ou en poudre emballeacute en poche ou livreacute en vrac par camion La solubiliteacute
agrave saturation du Na2CO3 dans leau pure est de 71 g par litre agrave 0degC et augmente avec la
tempeacuterature jusqursquoagrave 45degC Un mgL de Na2CO3 augmente de 094 mgL lrsquoalcaliniteacute de lrsquoeau
exprimeacutee en CaCO3 En ce qui a trait au bicarbonate de sodium laquo NaHCO3 raquo il est
typiquement livrable sous forme de poudre La solubiliteacute agrave saturation du NaHCO3 dans leau
pure est de 69 gL agrave 0ordmC et de 96 gL agrave 20ordmC Un mgL de bicarbonate de sodium augmente
de 06 mgL lrsquoalcaliniteacute exprimeacutee en CaCO3 La preacuteparation de la solution de carbonate et de
bicarbonate se fait dans un bac agiteacute et le dosage est reacutealiseacute par pompes drsquoinjections
Reacutevision globale Daniel Gagnon ing MScA (24112015)
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Page 42 sur 51
82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (US EPA) 2010
Nutrient Control Design Manual EPA600R-10100 Cincinnati OH US Environmental
Protection Agency Office of Research and Development National Risk Management
Research Laboratory p 2-3 6-17 7-1 9-9 9-11 11-2 14-1
WATER ENVIRONMENT FEDERATION et AMERICAN SOCIETY OF CIVIL
ENGINEERS (WEF et ASCE) 1998 Design of Municipal Wastewater Treatment Plants
4e eacuted WEF Manual of Practice No 8 ASCE Manual and Report on Engineering Practice
No 76 Reston VA vol 2 p 15-1 agrave 114 16-7 16-12 16-15 16-16 16-67 16-69
WATER ENVIRONMENT FEDERATION et AMERICAN SOCIETY OF CIVIL
ENGINEERS (WEF et ASCE) 2006 Biological Nutrient Removal (BNR) Operation in
Wastewater Plants Manual of Practice No 29 Alexandria VA WEFPress p 44
WATER POLLUTION CONTROL FEDERATION et AMERICAN SOCIETY OF
CIVIL ENGINEERS (WPCF et ASCE) 1982 Wastewater Treatment Plant Design
2e eacuted WPCF Manual of Practice No 8 ASCE Manual on Engineering Practice No 36
Lancaster Pa Lancaster Press Inc p 177
WATER POLLUTION CONTROL FEDERATION (WPCF) 1989 Technology and
Design Deficiencies at Publicly Owned Treatment Works Alexandria VA Water
Environment Technology p 1 4 515
Page 42 sur 51
82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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82 DEacuteSINFECTION
821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
Les rejets drsquoeaux useacutees domestiques peuvent causer une contamination microbienne
susceptible drsquoaffecter une prise drsquoeau en aval ou de compromettre la pratique seacutecuritaire de
nombreux usages de lrsquoeau comme la consommation de mollusques et les activiteacutes
reacutecreacuteatives de contact direct avec lrsquoeau (dont la baignade le ski nautique et la planche agrave
voile) ainsi que de contact indirect avec lrsquoeau (dont la pecircche sportive le canotage et la
voile) La deacutesinfection des eaux useacutees srsquoavegravere donc parfois neacutecessaire La deacutesinfection des
eaux useacutees est exigeacutee lorsque la protection des usages du milieu reacutecepteur le requiert et
seulement durant les peacuteriodes de lrsquoanneacutee ougrave cette protection est neacutecessaire
Le moyen de deacutesinfection choisi doit renfermer les caracteacuteristiques suivantes
ecirctre efficace pour la plupart des micro-organismes pathogegravenes
ne pas engendrer la formation de sous-produits indeacutesirables
ecirctre non dangereux pour les humains et pour la vie aquatique
Les moyens de deacutesinfection des eaux useacutees utiliseacutes couramment dans le monde sont la
chloration la chloration-deacutechloration lrsquoozonation le rayonnement ultraviolet ainsi que des
techniques de traitement secondaire qui permettent de reacuteduire de faccedilon significative le
nombre de micro-organismes en particulier le traitement par lagunage (eacutetangs aeacutereacutes ou non
aeacutereacutes) mais aussi les marais artificiels et divers types de filtres
Au Queacutebec le ministegravere de lrsquoEnvironnement a pris position en 1999 seuls les moyens de
deacutesinfection des eaux useacutees qui ne causent pas drsquoeffets nocifs sur la vie aquatique et qui ne
geacutenegraverent pas de sous-produits indeacutesirables pour la santeacute publique sont admis
Conseacutequemment les systegravemes de chloration (incluant les systegravemes de chlore gazeux
hypochlorite de sodium et bioxyde de chlore) et de chloration-deacutechloration sont proscrits
La reacuteduction des micro-organismes dans les filtres agrave sable ou agrave gravier dans les marais
artificiels ainsi que dans les eacutetangs aeacutereacutes et non aeacutereacutes a deacutejagrave eacuteteacute abordeacutee dans les sections 4
5 et 6 Lrsquoozonation a eacuteteacute appliqueacutee surtout dans quelques grandes stations Seule la
deacutesinfection par rayonnement ultraviolet est abordeacutee de faccedilon plus deacutetailleacutee dans cette
section
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet consiste agrave faire passer les eaux
useacutees dans un reacuteacteur dans lequel sont placeacutees des lampes agrave vapeur de mercure qui eacutemettent
des rayons UV
Lrsquoutilisation de cette technologie dans le traitement des eaux useacutees srsquoest rapidement
reacutepandue depuis les anneacutees 1980 On compte maintenant plus de 1 000 installations en
Ameacuterique du Nord (WEF-ASCE 1998) Cette technologie a eacutegalement eacuteteacute utiliseacutee au
Queacutebec dans plusieurs ouvrages municipaux drsquoassainissement des eaux agrave partir de petites
stations (30 m3d) jusqursquoagrave de grandes stations (pregraves de 300 000 m3d) Il srsquoagit donc drsquoune
technologie eacuteprouveacutee Les connaissances relatives agrave lrsquoapplication de cette technologie
continuent toutefois drsquoeacutevoluer de sorte que lrsquoon trouve diverses approches de conception
dans la litteacuterature
Facteurs agrave consideacuterer
Les principaux facteurs agrave consideacuterer lors de la conception drsquoune installation de deacutesinfection
des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet sont
les deacutebits drsquoeaux useacutees en particulier le deacutebit maximal
les caracteacuteristiques des eaux useacutees incluant le type de traitement preacutealable au reacuteacteur
UV la concentration en MES et le pourcentage de transmission
la concentration en coliformes feacutecaux permise agrave lrsquoeffluent en tenant compte du facteur
de photoreacuteactivation
la dose requise de rayons UV
les caracteacuteristiques hydrauliques du reacuteacteur
Meacutethodes de conception
Diverses meacutethodes de conception peuvent ecirctre utiliseacutees
les essais pilotes ou les essais en laboratoire
les modegraveles matheacutematiques
les donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Essais pilotes ou essais en laboratoire
La meilleure faccedilon de tenir compte des caracteacuteristiques particuliegraveres drsquoune eau useacutee agrave
deacutesinfecter est de proceacuteder agrave des essais au moyen drsquoune installation pilote avec les eaux
useacutees agrave deacutesinfecter ou encore de proceacuteder agrave des essais en laboratoire sur des eacutechantillons
repreacutesentatifs des eaux useacutees agrave deacutesinfecter agrave lrsquoaide drsquoun montage avec collimateur (Crites et
Tchobanoglous 1998 WEF-ASCE 1998) De tels essais sont reacutealiseacutes surtout pour des
grandes installations Lors de la conception drsquoune nouvelle station drsquoeacutepuration il peut ne pas
ecirctre possible de reacutealiser des essais parce que les eaux useacutees traiteacutees agrave deacutesinfecter ne sont pas
disponibles
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Modegraveles matheacutematiques
Diffeacuterents modegraveles matheacutematiques ont eacuteteacute eacutelaboreacutes pour calculer la qualiteacute de lrsquoeffluent en
fonction de la dose de rayons UV appliqueacutes Nous preacutesentons ci-apregraves trois des principaux
modegraveles de calcul que lrsquoon trouve dans la litteacuterature
Le modegravele de Scheible est preacutesenteacute dans le manuel de conception de lrsquoUS EPA (US EPA
1986a) et srsquoeacutecrit de la faccedilon suivante
mmoyb
MEScu
IaE
E
xuNN
21
20
411
2exp (824)
ougrave N = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
N0 = concentration de coliformes feacutecaux agrave lrsquoaffluent UFC100 mL
u = vitesse des eaux useacutees dans le reacuteacteur cms
x = longueur de la zone irradieacutee cm
E = coefficient de dispersion longitudinale cm2s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
a b c m = coefficients empiriques
Lrsquointensiteacute est fonction de la puissance des lampes de leur arrangement agrave lrsquointeacuterieur du
reacuteacteur et de lrsquoatteacutenuation du rayonnement lors de son passage agrave travers les eaux useacutees
Lrsquointensiteacute diffegravere drsquoun point agrave lrsquoautre de sorte que les calculs doivent ecirctre baseacutes sur
lrsquointensiteacute moyenne Une meacutethode de calcul de lrsquointensiteacute moyenne a eacuteteacute preacutesenteacutee dans la
litteacuterature (EPA 1986a) En geacuteneacuteral le calcul de lrsquointensiteacute moyenne est fait par le fabricant
en tenant compte de lrsquoarrangement qursquoil propose et du pourcentage de transmission
speacutecifique agrave lrsquoinstallation agrave concevoir deacutetermineacute par le concepteur de la station drsquoeacutepuration
Pour calculer le nombre de lampes requises il faut tenir compte de la perte drsquointensiteacute relieacutee
au vieillissement des lampes et de celle causeacutee par leur encrassement (EPA 1986a) Un
facteur de lrsquoordre de 07 agrave 08 est appliqueacute agrave lrsquointensiteacute nominale (lrsquointensiteacute nominale eacutetant
deacutefinie comme lrsquointensiteacute au bout de 100 heures) des lampes pour tenir compte de leur
intensiteacute agrave la fin de leur vie utile Un autre facteur de lrsquoordre de 06 agrave 07 est appliqueacute pour
tenir compte de lrsquoencrassement des lampes
Comme les coefficients peuvent varier drsquoune installation agrave lrsquoautre lrsquoutilisation rigoureuse du
modegravele neacutecessiterait sa calibration preacutealable en fonction des eaux useacutees agrave traiter La valeur
typique du coefficient de dispersion longitudinale E est de 100 cm2s (WEF 1986) Agrave
deacutefaut de pouvoir calibrer le modegravele pour un cas donneacute les valeurs suivantes ont eacuteteacute
proposeacutees (EPA 1986a WEF 1986) comme approximation pour les coefficients du
modegravele a=14 x 10-5 b=13 c=025 et m=20 Agrave la suite drsquoune eacutetude ulteacuterieure sur un plus
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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grand nombre drsquoinstallations (HydroQual 1994 WEF-ASCE 1998) des valeurs diffeacuterentes
ont eacuteteacute deacutetermineacutees pour les coefficients suivants c=069 et m=16
Un modegravele empirique plus simple a eacuteteacute eacutelaboreacute par la suite (Emerick et Darby 1993 Lodge
et al 1996) Les facteurs ayant un effet significatif dans le modegravele outre la dose de rayon
UV sont la concentration en MES et le pourcentage de transmission Ce modegravele peut ecirctre
exprimeacute au moyen des eacutequations suivantes
nDfN (825)
baTMESAf (826)
tID moy (827)
ougrave N = concentration de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
f = facteur empirique de qualiteacute de lrsquoeau
D = dose de rayons UV mWscm2
MES = concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV mgL
T = pourcentage de transmission des rayons UV
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
t = temps drsquoexposition s
A a b = coefficients empiriques
Ce modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir drsquoeffluent de deux installations de boues activeacutees Les
valeurs obtenues pour les diffeacuterents coefficients sont les suivantes n=-1877 A=1011133
a=0976 b=-4053 Ces valeurs ne peuvent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees et lrsquoapplication du
modegravele agrave des eaux useacutees diffeacuterentes neacutecessite qursquoil soit calibreacute avec des eaux repreacutesentatives
de celles agrave deacutesinfecter Le modegravele a eacuteteacute calibreacute agrave partir des coliformes totaux mais il est
consideacutereacute conservateur srsquoil est appliqueacute aux coliformes feacutecaux
Un nouveau modegravele a eacuteteacute eacutelaboreacute reacutecemment (Emerick et al 2000) Contrairement aux
modegraveles preacuteceacutedents il tient compte des bacteacuteries coliformes associeacutees aux particules ce qui
permet une eacutevaluation plus preacutecise du rendement surtout pour des exigences de rejet tregraves
seacutevegraveres Ce modegravele srsquoexprime sous la forme suivante
kd
moy
kd etIk
NPeNDN 10
0 (828)
d = Imoy t (829)
ougrave N = concentration totale de coliformes agrave lrsquoeffluent du reacuteacteur UV
UFC100 mL
ND0 = concentration de coliformes disperseacutes agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur
UV UFC100 mL
NP0 = concentration de coliformes associeacutes agrave des particules agrave lrsquoaffluent
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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du reacuteacteur UV UFC100 mL
k = constante drsquoinactivation cm2mWs
d = dose de rayons UV mWscm2
t = temps drsquoexposition s
Imoy = intensiteacute moyenne des rayons UV dans la zone irradieacutee mWcm2
Lrsquoeacutetude du modegravele a eacuteteacute faite agrave partir drsquoeacutechantillons provenant de 11 stations drsquoeacutepuration de
diffeacuterents proceacutedeacutes Les valeurs obtenues pour le coefficient k se situaient entre 022 et 054
Ces valeurs ne doivent toutefois pas ecirctre geacuteneacuteraliseacutees agrave drsquoautres stations sans que le modegravele
ne soit calibreacute avec les eaux useacutees agrave traiter Par ailleurs les valeurs de ND0 et NP0 peuvent
ecirctre tregraves variables drsquoune station agrave lrsquoautre et drsquoun moment agrave lrsquoautre pour une mecircme station et
il existe peu de statistiques sur les valeurs typiques de NP0 Ce modegravele comme le preacuteceacutedent
a eacuteteacute eacutetabli agrave partir des coliformes totaux et srsquoavegravere plus conservateur srsquoil est utiliseacute pour les
coliformes feacutecaux
Lrsquoutilisation de lrsquoun ou lrsquoautre des modegraveles ci-dessus est acceptable dans la mesure ougrave il est
deacutemontreacute que les paramegravetres et coefficients utiliseacutes sont repreacutesentatifs du cas auquel il est
appliqueacute Par contre ils peuvent srsquoaveacuterer difficiles agrave appliquer surtout pour une nouvelle
station pour laquelle il nrsquoest pas possible drsquoobtenir des donneacutees sur les eaux agrave deacutesinfecter
Donneacutees provenant drsquoinstallations similaires
Dans plusieurs cas la reacutealisation drsquoessais pilotes ou drsquoessais en laboratoire et lrsquoutilisation de
modegraveles matheacutematiques peuvent ne pas ecirctre possibles Dans les cas de petites stations
drsquoeacutepuration drsquoune part et de situations pour lesquelles les exigences de rejet ne sont pas
excessivement seacutevegraveres pour une deacutesinfection UV drsquoautre part (par exemple de lrsquoordre de
102 agrave 103 UFC100 mL pour des rejets dans les eaux de surface comparativement agrave des
exigences plus seacutevegraveres parfois fixeacutees pour un recyclage de lrsquoeffluent) lrsquoutilisation de ces
meacutethodes de conception est moins essentielle Un degreacute de preacutecision moindre peut alors ecirctre
acceptable lors de la conception agrave condition drsquoopter pour une conception conservatrice
drsquoautant plus que le coucirct associeacute agrave une marge de seacutecuriteacute est relativement peu eacuteleveacute pour une
installation comprenant quelques lampes ou quelques modules seulement La conception
peut alors ecirctre faite agrave partir de lrsquoexpeacuterience de manufacturiers ayant une vaste expeacuterience sur
des installations comparables deacutejagrave en exploitation
Lorsque cette approche est utiliseacutee il est toutefois neacutecessaire de fournir les diverses
hypothegraveses retenues pour la conception de lrsquoinstallation comme le pourcentage de
transmission la concentration en MES la concentration initiale en coliformes feacutecaux
lrsquointensiteacute moyenne le temps drsquoexposition et autres Le consultant doit alors srsquoassurer que le
manufacturier possegravede effectivement des donneacutees sur des installations comparables agrave lrsquoappui
de la conception proposeacutee
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Deacutebits
Crsquoest le deacutebit maximal qui sert de base pour le calcul du temps de reacutetention dans le reacuteacteur
UV ou temps drsquoexposition Les autres conditions de deacutebits (deacutebit minimum deacutebit moyen)
servent agrave veacuterifier le comportement hydraulique du reacuteacteur
Caracteacuteristiques des eaux useacutees
Les caracteacuteristiques des eaux useacutees agrave deacutesinfecter ayant le plus drsquoincidence sur le systegraveme de
deacutesinfection sont le pourcentage de transmission la concentration en MES et la
concentration en coliformes feacutecaux Ces paramegravetres sont par ailleurs intimement lieacutes au type
de traitement introduit en amont du systegraveme de deacutesinfection
Le pourcentage de transmission de rayons UV influence directement lrsquointensiteacute moyenne
qui sera produite dans le reacuteacteur par les lampes Il est fonction de la quantiteacute de rayons UV
qui sera absorbeacutee par les substances preacutesentes dans les eaux useacutees Pour une station
existante il peut ecirctre deacutetermineacute sur des eacutechantillons en laboratoire Lors de la conception
drsquoune nouvelle station les eaux useacutees traiteacutees avant deacutesinfection nrsquoeacutetant pas disponibles des
valeurs typiques de transmission peuvent ecirctre utiliseacutees en fonction du type de traitement
preacutevu Le pourcentage de transmission dans un effluent de traitement secondaire peut ecirctre de
lrsquoordre de 60 agrave 74 alors que dans un effluent de traitement tertiaire (secondaire suivi
drsquoune filtration) il peut ecirctre de lrsquoordre de 67 agrave 82 (EPA 1986a) Dans un effluent
drsquoeacutetangs le pourcentage de transmission est plus faible soit de lrsquoordre de 30 agrave 50 En
lrsquoabsence de pourcentage de transmission mesureacute les valeurs les plus faibles de la plage
doivent ecirctre retenues pour la conception Une attention particuliegravere doit ecirctre porteacutee aux eaux
useacutees susceptibles de contenir des substances ayant une incidence importante sur le
pourcentage de transmission comme des composeacutes organiques des matiegraveres humiques ou
une teneur eacuteleveacutee en fer qursquoil srsquoagisse de substances preacutesentes dans les eaux useacutees brutes ou
geacuteneacutereacutees dans le systegraveme de traitement
La concentration en MES agrave lrsquoaffluent du reacuteacteur UV est fonction du rendement du systegraveme
de traitement situeacute en amont La valeur utiliseacutee pour la conception doit donc correspondre au
rendement en MES reconnu pour le type de traitement secondaire utiliseacute
La concentration en coliformes feacutecaux dans les eaux agrave deacutesinfecter deacutepend aussi du systegraveme
de traitement en amont Elle peut ecirctre tregraves variable Lrsquoordre de grandeur typique de la
concentration en coliformes feacutecaux agrave lrsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement secondaire est de
104 agrave 105 UFC100 mL avec un maximum de lrsquoordre de 106 UFC100 mL (EPA 1986a) Il
est aussi deacutemontreacute que les coliformes associeacutes agrave des particules preacutesentes dans les eaux useacutees
ont une incidence sur le rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV Une eacutetude meneacutee avec
des eacutechantillons drsquoeffluents de 11 stations drsquoeacutepuration de diffeacuterents proceacutedeacutes (Emerick et al
2000) indiquait des taux de coliformes totaux associeacutes agrave des particules de lrsquoordre de 103 agrave
104 UFC100 mL pour des traitements secondaires de type boues activeacutees de lrsquoordre de 104
agrave 105 UFC100 mL pour des systegravemes agrave cultures fixeacutees (lits bacteacuteriens) et des valeurs plus
faibles de lrsquoordre de 102 agrave 103 pour des effluents drsquoeacutetangs
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
Page 50 sur 51
Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
Page 51 sur 51
freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Concentration permise agrave lrsquoeffluent et photoreacuteactivation
Les coliformes feacutecaux sont lrsquoindicateur utiliseacute au Queacutebec pour fixer le niveau de
deacutesinfection requis pour les eaux useacutees
Lors de la conception drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV il faut tenir compte du facteur de
photoreacuteactivation Les dommages causeacutes aux micro-organismes lors du processus de
deacutesinfection peuvent ecirctre en partie reacutepareacutes apregraves deacutesinfection Le taux drsquoaugmentation de
coliformes feacutecaux peut ecirctre variable selon les conditions du milieu mais une augmentation
de lrsquoordre drsquoune uniteacute logarithmique est consideacutereacutee pour fins de conception Le systegraveme de
deacutesinfection doit donc ecirctre conccedilu pour atteindre une concentration en coliformes feacutecaux 10
fois plus faibles que celle viseacutee
Eacutequipements
Les composantes drsquoun systegraveme de deacutesinfection UV comprennent les lampes le reacuteacteur
dans lequel elles sont situeacutees les reacutegulateurs de puissance (laquo ballast raquo) et un reacutegulateur de
niveau drsquoeau dans le reacuteacteur
La deacutesinfection des eaux useacutees par rayonnement ultraviolet se fait geacuteneacuteralement au moyen
de lampes submergeacutees dans un canal ouvert (figure 89) Les lampes peuvent ecirctre installeacutees
en position horizontale parallegravelement agrave lrsquoeacutecoulement ou en position verticale
perpendiculairement agrave lrsquoeacutecoulement mais la majoriteacute des installations sont avec des lampes
en position horizontale Le canal doit ecirctre muni drsquoun reacutegulateur de niveau drsquoeau pour
maintenir les lampes submergeacutees Dans les grandes installations ce dispositif est souvent
constitueacute drsquoune vanne basculante agrave contrepoids alors que dans les petites installations il
srsquoagit geacuteneacuteralement drsquoun seuil deacuteversoir offrant une longueur de deacuteversoir suffisante pour
minimiser les variations de hauteur drsquoeau Les petites installations peuvent se faire au moyen
drsquoun canal preacutefabriqueacute
La plupart des installations de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet sont constitueacutees de
lampes au mercure agrave basse pression eacutemettant une lumiegravere monochrome drsquoune longueur
drsquoonde de 2537 nm Les lampes sont inseacutereacutees dans des gaines de quartz Lrsquoespacement
typique entre les lampes est de 75 mm Des lampes agrave moyenne pression et des lampes agrave
basse pression et forte intensiteacute sont eacutegalement disponibles surtout pour des applications de
grande capaciteacute ou des effluents de moins bonne qualiteacute
Dosage de rayons UV
La dose de rayons UV est le produit de lrsquointensiteacute moyenne par le temps drsquoexposition tel
qursquoindiqueacute aux eacutequations 827 et 829
Le temps drsquoexposition utiliseacute pour calculer la dose de rayons UV est deacutetermineacute en divisant
le volume utile du reacuteacteur par le deacutebit maximal drsquoeaux useacutees agrave deacutesinfecter Le volume utile
du reacuteacteur est le volume liquide correspondant agrave la section utile des lampes soit la longueur
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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de la partie lumineuse Le temps drsquoexposition est geacuteneacuteralement de lrsquoordre de 5 agrave 10
secondes agrave deacutebit maximal pour la deacutesinfection drsquoeffluent drsquoun systegraveme de traitement
secondaire Pour des petites installations ougrave le deacutebit est intermittent ou tregraves variable un
bassin drsquoeacutegalisation ou une recirculation peut ecirctre consideacutereacute si requis
Caracteacuteristiques hydrauliques
Les caracteacuteristiques hydrauliques viseacutees agrave lrsquointeacuterieur du reacuteacteur sont un eacutecoulement de type
piston un eacutecoulement uniforme agrave travers la section entiegravere du canal et une dispersion
transversale suffisante pour permettre agrave lrsquoensemble des eaux useacutees de recevoir une dose
moyenne en cheminant successivement dans les points les plus rapprocheacutes et les points les
plus eacuteloigneacutes des lampes Lrsquoeacutecoulement de type piston est assureacute au moyen de canaux
allongeacutes et eacutetroits Les zones drsquoentreacutee et de sortie du reacuteacteur doivent ecirctre conccedilues de
maniegravere agrave favoriser un eacutecoulement uniforme dans le reacuteacteur soit au moyen drsquoun canal de
longueur suffisante drsquoune zone de dissipation drsquoeacutenergie ou autre La dispersion transversale
est favoriseacutee en srsquoassurant drsquoavoir une vitesse drsquoeacutecoulement suffisante pour creacuteer un
eacutecoulement turbulent (nombre de Reynolds supeacuterieur agrave 6 000 selon EPA 1986a) tout en
eacutevitant des vitesses trop eacuteleveacutees pour minimiser les pertes de charge Les systegravemes
conventionnels fonctionnant avec des vitesses drsquoapproches de lrsquoordre de 5 agrave 50 cms
semblent satisfaire ces objectifs (WEF-ASCE 1998)
Page 50 sur 51
Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
Page 51 sur 51
freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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Figure 89 Scheacutema drsquoinstallation agrave deux lampes
Rendement
On ne peut deacuteterminer un rendement typique drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement
UV puisque celui-ci peut ecirctre dimensionneacute pour fournir diffeacuterentes doses selon lrsquoobjectif agrave
lrsquoeffluent viseacute lors de la conception
Crites et Tchobanoglous (1998) indiquent que des dosages UV se situant entre 10 et
85 mWscm2 permettent drsquoatteindre des rendements de 1 000 agrave 23 UFC100 mL en
coliformes totaux avant reacuteactivation pour un effluent typique de boues activeacutees ayant un
pourcentage de transmission de 65 et une concentration en MES de 20 mgL En
consideacuterant un facteur de reacuteactivation drsquoune uniteacute logarithmique ces rendements seraient de
lrsquoordre de 10 000 agrave 230 UFC100 mL en coliformes totaux La teneur en coliformes feacutecaux
serait infeacuterieure agrave celle en coliformes totaux pour les mecircmes dosages
Exploitation
Lrsquoanalyse du nombre de coliformes feacutecaux doit ecirctre ajouteacutee aux autres paramegravetres de suivi
de la qualiteacute de lrsquoeffluent lorsqursquoune exigence srsquoapplique pour ce paramegravetre tel que preacutevu agrave
lrsquoannexe 4 du Guide de preacutesentation des demandes drsquoautorisation pour les systegravemes de
traitement des eaux useacutees drsquoorigine domestique
Un nettoyage freacutequent ainsi que le remplacement lorsque requis des lampes des reacutegulateurs
de puissance et des gaines de quartz sont des fonctions essentielles pour assurer le maintien
du rendement drsquoun systegraveme de deacutesinfection par rayonnement ultraviolet Le systegraveme doit
ecirctre conccedilu et installeacute de faccedilon agrave faciliter le nettoyage et le remplacement des piegraveces
La freacutequence de nettoyage des gaines peut varier drsquoune installation agrave lrsquoautre selon les
caracteacuteristiques des eaux useacutees La freacutequence meacutediane de nettoyage est drsquoenviron une fois
par mois (WEF-ASCE 1998) mais certaines installations neacutecessitent un nettoyage plus
Page 51 sur 51
freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-
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freacutequent Elle doit ecirctre preacuteciseacutee dans le manuel drsquoexploitation baseacutee sur lrsquoexpeacuterience acquise
lors de la peacuteriode de rodage et ecirctre ajusteacutee au besoin
La dureacutee de vie des lampes est de lrsquoordre de 8 760 agrave 14 000 heures mais elles sont
geacuteneacuteralement remplaceacutees apregraves 12 000 heures drsquoutilisation (EPA 1999) La dureacutee de vie des
reacutegulateurs de puissance est drsquoenviron 10 agrave 15 ans et ils sont habituellement remplaceacutes aux
10 ans La dureacutee de vie des gaines de quartz est drsquoenviron 5 agrave 8 ans mais ils sont
geacuteneacuteralement remplaceacutes aux 5 ans
SOMMAIRE ndash DEacuteSINFECTION UV
Meacutethodes de conception Essais pilotes ou essais en laboratoire
Modegraveles matheacutematiques
eacutequation 824 ou
eacutequations 825 agrave 827 ou
eacutequations 828 agrave 829
Donneacutees drsquoinstallations similaires
Temps drsquoexposition 5 agrave 10 secondes agrave deacutebit maximal
Intensiteacute
Nominale Apregraves 100 heures
Facteur relieacute agrave lrsquoacircge des lampes 07 agrave 08
Facteur drsquoencrassement 06 agrave 07
Pourcentage de transmission Selon efficaciteacute et type de traitement amont
Facteur de photoreacuteactivation 1 uniteacute logarithmique
Reacutevision sommaire Daniel Gagnon ing MScA (27112015)
- 8 TRAITEMENT TERTIAIRE
- 81 DEacutePHOSPHATATION
- 811 Analyses du phosphore
- 812 Sources et concentrations du phosphore
- 813 Deacutephosphatation chimique
- 8131 Dosage du coagulant
- 8132 Pompe drsquoinjection point drsquoinjection et meacutelange
- 8133 Dureacutee de vie livraison abris stockage et seacutecuriteacute
- 814 Seacuteparation laquo solide-liquide raquo et niveaux de performance eacutepuratoire
- 8141 Deacutecantation
- 8142 Filtration
- 815 Effets secondaires de la deacutephosphatation chimique
- 82 DEacuteSINFECTION
- 821 Probleacutematique et meacutethodes de deacutesinfection
- 822 Deacutesinfection par rayonnement ultraviolet
-