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La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Manuel J. RodriguezProfesseur, ESADChercheur, CRAD
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
CONTEXTE
• Sources d’eau de plus en plus menacées
• Réglementation de plus en plus sévère
• Population davantage préoccupée par les risques à la santé et la qualité esthétique de l’eau de robinet
• Distribution d’une eau potable minimisant les risques à la santé publique et de qualité irréprochable: un enjeu majeur pour les gestionnaires
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Source Traitement
réservoir
Réseau de distribution
SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET
réservoir
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
• Conformité réglementaire
• Protection de la source
• Contrôle des procédés de traitement
• Gestion de la qualité en réseau
• Anticipation de problèmes
• Stratégies de planification
• Surveillance épidémiologique
Objectifs d’un programme de surveillance de la qualité de l’eau
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Comment?
Quand?À quel endroit ?
À quelle fréquence?
Source Traitement
Réseau de distribution
SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET
Quoi?
réservoirréservoir
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Composantes d’un programme de surveillance de la qualité de l’eau
• Les descripteurs à considérer
• La localisation des prélèvements
• La fréquence des prélèvements
• Le type d’échantillon à prélever
• Les méthodes analytiques
• La durée du programme
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Points de surveillance
Source Traitement
Réseau de distribution
SURVEILLANCE ET GESTION DE LA SOURCE AU ROBINET
réservoirréservoir
Comment?
Quand?À quel endroit ?
À quelle fréquence?Quoi?
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Source Traitement
Réseau de distribution
SURVEILLANCE ET GESTION DE LA SOURCE AU ROBINET
réservoirréservoir
Comment?
Quand?À quel endroit ?
À quelle fréquence?Quoi?
Points de surveillance
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Source Traitement
Réseau de distribution
SURVEILLANCE ET GESTION DE LA SOURCE AU ROBINET
réservoirréservoir
Comment?
Quand?À quel endroit ?
À quelle fréquence?Quoi?
Points de surveillance
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
CRITÈRES POUR DÉCIDER
Vulnérabilité à la contamination
(configuration du RD, conduites, localisation, hydraulique, etc.)
Population vulnérable(hôpitaux, personnes agées, écoles, etc.)
Historique de la qualité de l’eau(microbiologique, physico-chimie)
Plaintes des citoyens(Portrait historique, temps et espace)
Satisfaction de la population (Enquêtes de perception, temps et espace)
Coût de la surveillance(Personnel, équipement, laboratoire, etc.)Exigences réglementaires
(prélèvements, fréquences, etc.)
À quel endroit ?
À quel endroit ?
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Des difficultés importantes
• Les variations de la qualité de l’eau dans le temps et dans l’espace peuvent être considérables
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
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Variations hebdomadaires des indicateurs de SPC dans la source d’eau (Ville de Québec)
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Variations hebdomadaires des indicateurs de SPC dans la source d’eau (Ville de Québec)
Hiver
Automne (pluvieux)
emps
(ruis
selle
ment)
La source…
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Des difficultés importantes
• Les variations de la qualité de l’eau dans le temps et dans l’espace peuvent être considérables
• L’information sur la qualité de l’eau n’est pas toujours disponible et traitée “dans les plus brefs délais”
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET
Source Traitement
Réseau de distribution
réservoirréservoir
Points de surveillance
Délai: temps de parcours: heures, jours, etc.
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
SURVEILLANCE DE LA SOURCE AU ROBINET
Source Traitement
Réseau de distribution
réservoirréservoir
Points de surveillance
Délai: temps de parcours: heures, jours, etc.
Délai:-échantillonnage,
-transport, -analyse,
-interprétation
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Quelques exemples de R & D
PROGRAMME DE SURVEILLANCE DES SOUS-PRODUITS DE LA DÉSINFECTION (SPD)
ANTICIPATION DE LA VARIABILITÉ DE LA QUALITÉ DE LA SOURCE ET EN RÉSEAU
AMÉLIORATION DE LA POST-DÉSINFECTION EN RÉSEAU DE DISTRIBUTION
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
PROGRAMME DE SURVEILLANCE DES SOUS-PRODUITS DE LA DÉSINFECTION (SPD)
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Chlore+
Matière organique naturelle (MON)+
Bromures
Trihalométhanes (THM)Chlorof ormeBromodichlorométhaneDibromochlorométhaneBromof orme
Acides haloacétiques (HAA)DichloroacétiqueTrichloroacétiqueBromochloroacétiqueDibromoacétiqueBromodichloroacétique
HaloacétonitrilesHalopicrineHydrate Chloral
Autres
Sous- produits de la chloration (SPC)
Chlore+
Matière organique naturelle (MON)+
Bromures
Trihalométhanes (THM)Chlorof ormeBromodichlorométhaneDibromochlorométhaneBromof orme
Acides haloacétiques (HAA)DichloroacétiqueTrichloroacétiqueBromochloroacétiqueDibromoacétiqueBromodichloroacétique
HaloacétonitrilesHalopicrineHydrate Chloral
Autres
Sous- produits de la chloration (SPC)
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Source Traitement physico-chimique
Cl2 Cl2
Réservoir
Cl2 Cl2Cl2
Cl2
Points d’application de chlore dans un système
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Différents types de désinfectants et de sous-produits (SPD)
- Chlore: Trihalométhanes (THM), HAA, HAN
- Chloramines: NDMA, autres nitrosamines
- Dioxyde de chlore: chlorite, chlorate
- Ozone: bromates
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Effets potentiels des SPC sur la
santé humaine
Normes dans la réglementation sur
l’eau potable
THM (80 g/L): Québec, EPA
THM (100 g/L): Santé Canada
AHA (60 g/L): EPA
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Programme de recherche sur les sous-produits de la désinfection (SPD)
Maîtriser et modéliser la présence et les variations spatio-temporelles des SPD et de leurs précurseurs de la source au robinet
Développer des bases de connaissances et des outils décisionnels destinés aux:
1) gestionnaires et aux opérateurs des systèmes d’eau potable (municipalités),
2) responsables de la réglementation (provincial, fédéral)
3) gestionnaires et responsables de la santé publique (études épidémiologiques).
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
• Qualité de la source
• Conditions environnementales
• Traitement de l’eau (usine)
• Stratégie de désinfection
• Distribution en réseau
• Manipulation avant utilisation de l’eau
Facteurs responsables de la présence de SPC
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
La source
Caractérisation saisonnière de la matière organique et suivi des indicateurs de précurseurs de SPC
Le traitement
Efficacité de l’enlèvement des précurseurs et devenir des SPC
La distribution
Évolution spatio-temporelle des SPC: (saisons, mois, semaines, jours, heures)
Le robinet
Impact de la manipulation de l’eau sur le devenir des SPC
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
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Variations hebdomadaires des indicateurs de SPC dans la source d’eau (Ville de Québec)
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nv-02
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8-m
ars-
02
28-m
ars-
02
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Variations hebdomadaires des indicateurs de SPC dans la source d’eau (Ville de Québec)
Hiver
Automne (pluvieux)
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selle
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La source…
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Variations spatio-temporelle des THM (Ville de Québec, 2005)
Automne 2005
Printemps 2005 Été 2005
EXEMPLE 1
Source: Chistelle Legay (2006)
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Préchloration
Rivière Saint-Charles
Ozonation
Réservoir
Post-chlorationRechloration
Réservoir
Actiflo Filtres
Alun
9,0 12,9 15,8 29,4 38,7 40,6 41,4 60,1THM (g/L) 17,3
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Préchloration
Rivière Saint-Charles
Ozonation
RéservoirRéservoir
Actiflo Filtres
Alun
9,0 12,9 15,8 29,4 38,7 40,6 41,4 60,1
19,3 27,1 22,1
17,3
25,4 28,4 39,9 35,4 20,4 58,2
THM (g/L)
AHA (g/L)
Post-chlorationRechloration
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
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Sainte-Foy Quebec Charlesbourg
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As
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)
winter spring summer fall
Variations saisonnières
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TH
Ms
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)
winter spring summer fall
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g/L
)
AH
A
(g
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EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
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Ms
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/L)
treated water time < 6h 6h < t < 1d time > 1d
0
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Sainte-Foy Quebec Charlesbourg
HA
As
(µg
/L)
treated water time < 6h 6h < t < 1d time > 1d
Impact du temps de séjour
TH
M (
g/L
)
AH
A (
g/L
)
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
T > 15°C
0.00
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rin
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)
THM3
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Residualchlorine
Eau froide vs Eau chaude
T 15°C
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50.00
60.00
70.00
80.00
P0 P1 P2 P3 P4 P5
TH
M3
and
HA
A2
(g
/L)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
Res
idu
al c
hlo
rin
e (m
g/L
)
THM3
HAA2
Residualchlorine
(
g/L
)
(
g/L
)
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
0h 4h 8h 12h 16h 20h 0h
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Variations horaires des THM (été 2002)
La distribution…
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Température
Variations horaires des THM (été 2002)
La distribution…
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
0h 4h 8h 12h 16h 20h 0h
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Débit
Température
Variations horaires des THM (été 2002)La distribution…
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50
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TH
M (g
/L)
6800
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Débit
Température
Variations horaires des THM (été 2002)La distribution…
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
CDBP Point First quarter (Fall)
Second quarter (Winter)
Third quarter (Spring)
Fourth quarter (Summer)
Annual average
Sample Conc*. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Conc. (g/L)
THM3 P4 L 35.2 L 5.1 L 29.0 L 37.6 26.7 H 48.7 H 20.3 H 46.8 H 57.6 43.3
P5 L 56.4 L 7.1 L 39.7 L 53.5 39.1 H 64.3 H 24.4 H 42.1 H 101.1 58.0
HAA2 P2 L 37.1 L 9.0 L 56.3 L 34.5 34.2 H 55.3 H 15.9 H 77.9 H 65.8 53.7
P4 L 14.7 L 6.3 L 46.1 L 32.3 24.9 H 19.2 H 11.8 H 51.8 H 37.0 29.9
P5 L 53.6 L 19.1 L 45.3 L 28.3 36.6 H 66.3 H 25.5 H 106.8 H 96.4 73.8
1st 2nd 3rd 4rd
RQEP: norme sur les THM« Moyenne annuelle de 4 échantillons trimestriels (extrémité); échantillons séparés par au moins 2 mois »
IMPACT DES VARIATIONS DE SPC SUR LA CONFORMITÉ AUX NORMES
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
CDBP Point First quarter (Fall)
Second quarter (Winter)
Third quarter (Spring)
Fourth quarter (Summer)
Annual average
Sample Conc*. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Conc. (g/L)
THM3 P4 L 35.2 L 5.1 L 29.0 L 37.6 26.7 H 48.7 H 20.3 H 46.8 H 57.6 43.3
P5 L 56.4 L 7.1 L 39.7 L 53.5 39.1 H 64.3 H 24.4 H 42.1 H 101.1 58.0
HAA2 P2 L 37.1 L 9.0 L 56.3 L 34.5 34.2 H 55.3 H 15.9 H 77.9 H 65.8 53.7
P4 L 14.7 L 6.3 L 46.1 L 32.3 24.9 H 19.2 H 11.8 H 51.8 H 37.0 29.9
P5 L 53.6 L 19.1 L 45.3 L 28.3 36.6 H 66.3 H 25.5 H 106.8 H 96.4 73.8
RQEP: norme sur les THM« Moyenne annuelle de 4 échantillons trimestriels (extrémité); échantillons séparés par au moins 2 mois »
1st 2nd 3rd 4rd
IMPACT DES VARIATIONS DE SPC SUR LA CONFORMITÉ AUX NORMES
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
CDBP Point First quarter (Fall)
Second quarter (Winter)
Third quarter (Spring)
Fourth quarter (Summer)
Annual average
Sample Conc*. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Sample Conc. (g/L)
Conc. (g/L)
THM3 P4 L 35.2 L 5.1 L 29.0 L 37.6 26.7 H 48.7 H 20.3 H 46.8 H 57.6 43.3
P5 L 56.4 L 7.1 L 39.7 L 53.5 39.1 H 64.3 H 24.4 H 42.1 H 101.1 58.0
HAA2 P2 L 37.1 L 9.0 L 56.3 L 34.5 34.2 H 55.3 H 15.9 H 77.9 H 65.8 53.7
P4 L 14.7 L 6.3 L 46.1 L 32.3 24.9 H 19.2 H 11.8 H 51.8 H 37.0 29.9
P5 L 53.6 L 19.1 L 45.3 L 28.3 36.6 H 66.3 H 25.5 H 106.8 H 96.4 73.8
1st 2nd 3rd 4rd
RQEP: norme sur les THM« Moyenne annuelle de 4 échantillons trimestriels (extrémité); échantillons séparés par au moins 2 mois »
IMPACT DES VARIATIONS DE SPC SUR LA CONFORMITÉ AUX NORMES
EXEMPLE 1
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
ET L’EXPOSITION RÉELLE DE LA POPULATION?
- À la résidenceImpact du « réseau » de la maison Bain et douche (chauffe-eau)
manipulation de l’eau: traitement, filtres, bouilloires, stockage, etc.
- PiscinesDésinfectéesApport supplémentaire de M.O., azote, etc.
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
ANTICIPATION DE LA VARIABILITÉ DE LA QUALITÉ DE LA SOURCE ET EN RÉSEAU
EXEMPLE 2
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Surveillance de la qualité de l’eau pour anticiper des problèmes de qualité de l’eau
• Systèmes de surveillance précoce de la qualité de l’eau (« Early Warning Systems »)
• Techniques d’analyse rapide de la qualité de l’eau
• Systèmes prévisionnels de la qualité de l’eau (modèles temporels)
EXEMPLE 2
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Surveillance de la qualité de l’eau pour anticiper des problèmes de qualité de l’eau
• Systèmes de surveillance précoce de la qualité de l’eau (« Early Warning Systems »)
• Techniques d’analyse rapide de la qualité de l’eau
• Systèmes prévisionnels de la qualité de l’eau (modèles temporels)
EXEMPLE 2
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
Systèmes prévisionnels pour la surveillance de la qualité de l’eau
Voir venir pour réagir à temps…
Exemples:Eau brute: qualité microbiologique (turbidité,
couleur, coliformes, azote ammoniacal)
Eau distribuée: qualité physico-chimique (chlore résiduel, trihalométhanes, bactéries)
Techniques de modélisation multivariées puissantes: - Analyse de séries temporelles (linéaires, non linéaires)- Réseaux de neurones
EXEMPLE 2
La surveillance de la qualité de l’eau potable
Conférences du CRAD, février 2007
0
500
1000
1500
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3000
2003
-03-
01
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04
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07
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-04-
03
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30
To
tal
coli
form
s (c
ells
/100
ml)
0
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150
200
250
E.
coli
(ce
llu
les/
100
ml)
Coliformes totaux Escherichia coliTotal coliforms E. coli
Système prévisionnel pour le E. coli dans l’eau brute (Rivière Saint-Charles)
0
1
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3
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13
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20
E.
coli
(ce
lls/
100
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), i
n L
og E. coli (en log) prédictionsObserved Predicted
0
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02
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30
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-12-
07
2003
-12-
14
E.
coli
(ce
lls/
100
mL
), i
n L
og E. coli (en log) prédictionsPredictedObserved
Été Automne
Séries Box-JenkinsRéseaux de neurones
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Système prévisionnel pour le chlore résiduel dans le réseau de la Ville de Québec
Entrée du réseau de distribution
Milieu du réseau de distribution
Réseaux de neurones
EXEMPLE 2
Chlore résiduel libre
Chlore résiduel libre
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Système prévisionnel pour les trihalométhanes et les acides haloacétiques dans le réseau de la Ville de Québec
Séries temporelles,Réseaux de neurones
EXEMPLE 2
Chloroform
DCAA
HAA
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AMÉLIORATION DE LA POST-DÉSINFECTION EN RÉSEAU DE DISTRIBUTION
EXEMPLE 3
La surveillance de la qualité de l’eau potable
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Source Traitement
réservoir
Réseau de distribution
réservoir
EXEMPLE 3
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Préchloration
Rivière Saint-Charles
Ozonation
Réservoir
Post-chlorationRechloration
Réservoir
Actiflo Filtres
Alun
EXEMPLE 3
Point d’échantillonnage
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Réservoir en
réseau
Cl2
EXEMPLE 3
Point d’échantillonnage
Rechloration
Point en extrémité
CONSTAT DU CONTRÔLE DE QUALITÉ:
Bactéries hétérotrophes (BHAA): élevées
Cl2 : non-détecté
Trihalométhanes (THM) et autres: élevés
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Préchloration
Rivière Saint-Charles
Ozonation
RéservoirRéservoir
Actiflo Filtres
Alun
9,0 12,9 15,8 29,4 38,7 40,6 41,4 60,1
19,3 27,1 22,1
17,3
25,4 28,4 39,9 35,4 20,4 58,2
THM (g/L)
AHA (g/L)
Post-chlorationRechloration
EXEMPLE 3
La surveillance de la qualité de l’eau potable
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Réservoir en
réseau
Cl2
Point d’échantillonnage
Rechloration
Point en extrémité
CONSTAT DU CONTRÔLE DE QUALITÉ:
Bactéries hétérotrophes (BHAA): élevées
Cl2 : non-détecté
Trihalométhanes (THM) et autres: élevés
EXEMPLE 3
La surveillance de la qualité de l’eau potable
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QUELQUES SOLUTIONS
• Améliorer les stratégies de dosage du chlore
• Modifier les endroits de la rechloration
• Utiliser un désinfectant alternatif
• Modifier les caractéristiques hydrauliques de la distribution (réservoir, réseau)
EXEMPLE 3
La surveillance de la qualité de l’eau potable
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OUTILS MÉTHODOLOGIQUES
• Caractériser les réseaux de distribution
• Modéliser le comportement hydraulique (réservoir, réseau)
• Modéliser la qualité de l’eau (chlore résiduel, THM, etc.)
• Investiguer des scénarios opérationnels divers
• Optimiser selon des objectifs et contraintes (modèles)
EXEMPLE 3
La surveillance de la qualité de l’eau potable
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Post-désinfection En réseau
Minimiser la présence de miccrorganismes (BHAA)
Minimiser les concentrations de
THM et autres
Maximiser les teneurs en chlore
résiduel libre
Minimiser les goûts et odeurs associés à la postdésinfection
PROBLÈME D’OPTIMISATION
EXEMPLE 3
La surveillance de la qualité de l’eau potable
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• Resserrement des normes sur certaines substances
• Nouvelles substances normées
• Adaptation des infrastructures à l’évolution réglementaire (affinage)
• Réseaux de distribution en évolution
• Des systèmes d’approvisionnement à risque
• Impacts des changements climatiques (quantité et qualité)…
AUTRES DÉFIS À RELEVER
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La surveillance de la qualité de l’eau potable
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MERCI
Infos: www.crad.ulaval.ca/grepul
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