RÉGIE D’ASSAINISSEMENT DES EAUX

DE LA VALLÉE DU RICHELIEU

Introduction

La conception et la réalisation des procédés de traitement des eaux usées ont été réalisées dans le cadre du Programme d'Assainissement des Eaux Usées du Québec (PAEQ), entre 1988 et le 5 décembre 1998, date de la réception provisoire des équipements de la station. Les travaux ont été gérés par la Société Québécoise d'Assainissement des Eaux (SQAE), tels que vérifiés et autorisés par le Ministère de Affaires Municipales (MAM) ainsi que le Ministère de l'Environnement et de la Faune (MEF). Le processus de conception a suivi le cheminement typique du PAEQ d'études préliminaires en trois étapes (1988-1994), suivi de

la préparation des plans et devis (1994-1995), ainsi que la construction complète de la station suite à un seul appel d'offres publique global (1995-1998). Les études préliminaires ont permis de démontrer la nature particulière des sols de la région, notamment constitués d'argiles sensibles sujettes à d'importants tassements ainsi qu’à des glissements de terrain. Cet état de fait a été l'un des principaux paramètres contraignants dans le choix du site et du type de traitement préconisé.

Ce facteur combiné aux contraintes géographiques (topographie), urbaines (proximité des zones habitées) et agricoles (protection du territoire agricole) ont orienté les décisions des divers intervenants au sein du comité technique constitué des quatre (4) maires, du MAM et de la SQAE. Le site actuel de la station est le seul des sites alors disponibles ayant fait l'objet d'un consensus tant du comité technique que de la Commission pour la Protection du Territoire Agricole (CPTAQ). Le site enclavé par le ruisseau Voghel au sud et à l'est, ainsi que l'autoroute Jean Lesage (A-20) au nord a été dézoné par décret gouvernemental conditionnel à l'usage prévu (décision 202602).

Un traitement de type physico-chimique de niveau secondaire a été retenu pour sa compacité et son efficacité. En effet, les équipements de la chaine de traitement ont été sélectionnés et agencés de manière à occuper un espace minimal afin de minimiser les coûts de construction, compte tenu de la nécessité de bâtir sur des pieux de plus de 40m de profondeur sur un site classifié à risque sévère de glissement de terrain. Des travaux complémentaires de stabilisation des sols et des pentes de talus du ruisseau Voghel ont été réalisés afin d'assurer l'intégrité à long terme de la station.

Philosophie générale de conception

La station d'épuration a été conçue de manière à traiter jusqu'à 55 000 m3 d'eaux usées par jour en pointe, la moyenne prévue était, lors de la conception, de 30 600 m3/jour en l'an 2004. La moyenne journalière pour l’année 2010 est de l’ordre de 31 900m3/jour. Compte tenu du fait que les eaux usées arrivent entièrement par pompage à la station d'une part, et que d'autre part l'infiltration et le captage dans le réseau de transport varient considérablement selon les conditions climatiques et de nappe phréatique, le débit de pointe de 55 000 m3/j doit être considéré comme débit journalier maximal soutenu en certaines occasions. Le débit total provient à plus

de 99% des deux postes régionaux (rives EST et OUEST), au moyen d'une à quatre pompes identiques pouvant fonctionner en simultané. Le reste du débit provient du parc

industriel de Mont-Saint-Hilaire et de la station proprement dite via le poste d'égout local de celle-ci.

Les critères de rejet établis par la Direction des Écosystème Aquatique du MEF utilisés lors de la conception sont par ordre de priorité la désinfection, la déphosphatation et l'enlèvement des matières en suspension (MES). Tout autre paramètre, dont l'enlèvement de la DBO, a été considéré comme non-contraignant, les rendements d'enlèvement anticipés du procédé physico-chimique étant suffisants et acceptables. L'exigence concernant les sous-produits toxiques résultants des réactions entre les matières et les

désinfectants chimiques tels que le chlore a limité le choix au procédé de désinfection par rayonnement ultra-violet. Le niveau de connaissance de ce procédé étant relativement peu élevé en raison de sa nouveauté, il a été décidé de favoriser la plus grande transmissivité possible en maximisant le taux d'enlèvement du procédé de décantation.

La déshydratation a également fait l'objet d'une optimisation de manière à limiter les coûts d'opération, compte tenu du fait que la disposition dans un lieu d'enfouissement sanitaire était la seule avenue autorisée par les autorités gouvernementales, en l'absence

de données concrètes de qualité des boues. La valorisation agricole ou autre n'a donc pas été étudiée à l'étape de la conception de la station. Le traitement des odeurs a été limité aux zones de stockage et de manutention des boues extraites et déshydratées par décision du MAM et de la SQAE, avec promesse écrite que tout problème d'odeurs indésirables générées par la station dans l'entourage seraient corrigés au besoin et à la satisfaction des municipalités participantes suite à la mise en route des équipements. Cette approche accompagnait la décision du comité technique de couvrir la totalité des bassins et des aires de traitement, avec ventilation et chauffage appropriés. Notons ici que le bâtiment se situe à proximité d'une

zone résidentielle et d'un terrain de golf. Elle est également en façade de l'autoroute A-20, à moins de 50 m.

Chacun des systèmes de traitement est normalement contrôlé par son propre automate (PLC), la console centrale étant dédiée à la supervision du réseau et de la station ainsi qu'à la collecte de données. Chaque PLC de la station est relié à l'ensemble par un réseau interne de type ETHERNET. Les alarmes principales et les données de fonctionnement sont ainsi centralisées avant d'être traitées ou retransmises. Cette approche permet un contrôle

individuel de chaque étape du traitement tout en limitant les coûts d'implantation. Il en résulte toutefois qu'une plus grande attention doit être portée lors d'une modification de la programmation ou de la calibration de manière à maintenir l'homogénéité de l'ensemble. En effet, plusieurs systèmes se partagent des informations tels que le débit, des

niveaux hydrauliques, des états d'ouvertures de vannes, etc. Enfin. Les diverses étapes de traitement ont été agencées de manière à minimiser le recours aux moyens mécaniques de transport des eaux, boues et déchets. En privilégiant l'écoulement gravitaire dans tous les cas où cela était possible. Par exemple. Les eaux usées sont entièrement véhiculées gravitairement entre le point d'entrée dans l'usine et le point de rejet à la rivière. Également, les écumes et les graisses des bassins de prétraitement tombent par gravité directement dans l'un des deux bassins de stockage des boues. Il en va de même des déchets de dégrillage et de dessablage, ainsi que des boues déshydratées dans leurs bennes respectives. Cette approche vise à réduire le travail d'entretien et donc les coûts d'opération inhérents tout en favorisant la simplicité et l’efficacité des équipements et des procédés.

DESCRIPTION GÉNÉRALE DES OUVRAGES

La station d'épuration est du type physico-chimique, dont le rendement épuratoire est de niveau secondaire, avec désinfection par rayonnement ultra-violet, déshydratation des boues et contrôle des odeurs. Le temps de résidence dans la chaine de traitement des eaux usées est très court, soit de moins d'une heure au débit moyen. De façon sommaire, nous distinguerons les opérations comme suit:

• Pré-traitement : Dégrillage

Dessablage et dégraissage Mesure de débit

• Traitement des eaux : Mélange rapide et coagulation

Floculation et recirculation Décantation Désinfection

• Traitement des boues : Épaississement

Extraction Stockage Pompage et conditionnement des boues Déshydratation

• Traitement des odeurs : Destruction de l'ammoniaque par acidification (seul est traité l'air soutiré des bassins de stockage des boues, de la salle des bennes de boues déshydratées et de la salle des pressoirs)

Affluent

Les eaux usées entièrement pompées en provenance du réseau arrivent à la station par une conduite principale de refoulement de 750mm de diamètre (postes régionaux) et une conduite

secondaire de refoulement de 150mm de diamètre (poste d'égout local).Le poste local contrôlé par le PLC-100 reçoit les eaux du parc industriel de Mont-SaintHilaire ainsi que les eaux usées sanitaire et de procédé de la station d'épuration (drains de plancher du sous-sol, échantillonnages, drains des dégrilleurs, dessableurs et mélangeur rapide).

Dégrilleurs

L'affluent combiné est dégrillé à travers deux (2) grilles courbes John Meunier munies de râteaux mécanisés automatisés. Les déchets sont convoyés à l'aide d'une vis sans fin vers un compacteur à vis, puis gravitairement dans une benne pour disposition périodique dans

un lieu d'enfouissement sanitaire. Le fonctionnement des dégrilleurs, du convoyeur et du compacteur à déchets est contrôlé par le PLC-200, ainsi que par les sondes de niveau amont et aval des grilles. La sonde amont détecte un niveau d'alarme de trop-plein vers l'émissaire.

Chaque grille peut accepter la totalité du débit avec rendement réduit. De plus, un canal permet de contourner l'un et l'autre des canaux de dégrillage au besoin. Des vannes permettent d'isoler chacun de ces trois canaux.

Dessableurs et dégraisseurs

Situés en aval des dégrilleurs, les deux (2) dessableurs/dégraisseurs combinés Degrémont sont munis d'aérateurs moyennes bulles (dessablage) et fines bulles (dégraissage), ainsi que d'un pont suceur double commun au deux (2) bassins parallèles. Cet ensemble est contrôlé par le PLC-300 Deux (2) surpresseurs dont l'un en réserve fournissent l'air de dessablage, alors que six(6) aérateurs fixes submergés fournissent l'air de

dégraissage. Les sables et autres détritus soutirés par pompage sont refoulés dans une goulotte vers deux (2) vis à sable, pour être concentrés et asséchés partiellement avant d'être déversés par gravité dans une benne pour disposition dans un lieu d'enfouissement sanitaire. Les graisses et écumes

sont déversées dans un puits et tombent gravitairement dans l'un des deux bassins de stockage de boues avant déshydratation. Un clapet à manchon flexible empêche tout retour de gaz ou odeurs en provenance de ce bassin. Des déversoirs fixes à la sortie de ces bassins contrôlent le niveau d'eau, alors qu'une vanne murale permet d'isoler chaque bassin individuellement. Chacun d'eux est conçu de manière à accepter la totalité du débit hydraulique au besoin, le rendement de dessablage et dégraissage étant alors grandement compromis. Un canal de contournement permet de détourner la totalité des eaux vers l'émissaire ou le mélangeur rapide au besoin.

Mesure de débit Un canal Parshall avec sonde de niveau ultrasonique mesure le débit avant les étapes d'injection de coagulant et floculant. Il est situé dans le canal reliant les dessableurs au mélangeur rapide dans la salle de pré-traitement. Cette information est relayée à l'ensemble via le PLC-100, pour le contrôle des dosages de réactif de décantation et du niveau de désinfection ultra-violet. Lorsque les dessableurs sont contournés à l'occasion (entretien), il n'y a plus d'écoulement dans ce canal et il n'est donc plus possible de mesurer le débit directement.

Il demeure possible toutefois de déterminer un débit instantané par l'information provenant des deux (2) postes régionaux, selon le nombre de pompe(s) en marche à ce moment. Cette dernière information n'est pas disponible pour le dosage automatique. Puisqu'il est possible de détourner les eaux vers le mélangeur rapide et les décanteurs en contournant les dessableurs, le dosage doit alors être réglé manuellement.

Décanteurs et épaississeurs

Le procédé Densadeg de Degrémont est contrôlé par le PLC-700. Il s'agit d'un ensemble constitué de plusieurs étapes comme suit: • mélange rapide pour le coagulant (alun); • réacteur de floculation ; • décantation lamellaire; • épaississement; • extraction. Le procédé est divisé en deux (2) ensembles distincts mais identiques, comportant ici un seul mélangeur rapide commun aux deux (2) unités de décantation. Les deux (2) unités sont normalement en fonction lorsque les débits moyens sont supérieurs à la moitié du débit maximum de conception soit 55 000 m3/j.

La totalité du débit peut toutefois être dirigé vers l'une ou l'autre des unités au besoin et pour les périodes d'entretien régulier (lavage des lamelles au jet d'eau), jusqu'à un maximum théorique garanti de 45000 m3/j (1 900 m3/h) sans soulèvement du voile de boue, bien qu'il soit possible d'accepter la charge hydraulique réelle de 55 000 m3/j (2 300 m3/h) et plus sans débordement.

Deux (2) vannes motorisées électriques permettent d'isoler l'une ou l'autre des unités de décanteurs à la sortie du mélangeur rapide. L'état de fermeture de ces vannes est transmis à l'ensemble pour le contrôle des doseurs (polymère de décantation et UV). Des vannes d'isolation permettent également de contourner le mélangeur rapide vers une seule de l'une ou l'autre des unités de décantation, selon que les dessableurs sont en opération ou pas. Dans les cas de contournement où les vannes motorisées sont fermées, le dosage de polymère de décantation et la désinfection UV doivent être réglés manuellement. Après le mélange du coagulant, les eaux sont équi-réparties vers les réacteurs pour l'étape de floculation. Deux (2) pompes d'extraction à diaphragme soutirent les boues épaissies (siccité variable de 3% à 8%) vers les bassins de stockage. Ces pompes sont actionnées par l'air comprimé et conditionné produit par deux (2) compresseurs. Elles servent également à refouler vers les bassins de stockage les écumes secondaires

récupérées par des racleurs de surface en amont de la zone de décantation lamellaire. Un jeu de vanne d'isolation et deux (2) vannes à manchon à actuateur pneumatique permettent d'utiliser une seule pompe d'extraction pour les deux épaississeurs au besoin. Un racleur de fond sous la zone lamellaire entraîne les boues décantées dans la zone d'épaississement vers une trémie centrale, de laquelle elles sont extraites.

Une pompe de vidange permet de vider partiellement ou totalement les bassins de floculation et/ou de décantation-épaississement. La vidange partielle sous le niveau des tubes lamellaires est requise pour le lavage périodique de ceux-ci au jet d'eau. Ces eaux sont refoulées vers le mélangeur rapide pour y être acheminé normalement vers le deuxième décanteur maintenu en service ou être détourné à l'émissaire au besoin.

La vidange totale ne permet pas la vidange de la trémie de fond. Cette dernière doit être vidangée à l'aide d'une petite pompe de puisard de faible capacité qui refoule les eaux de vidange vers le poste d'égout local. La pompe de puisard est conçue pour pomper des eaux relativement claires. Par conséquent, les boues doivent être extraites complètement avant la vidange totale.

Désinfection

L'eau décantée tombe en chute libre dans un canal commun aux deux décanteurs et est dirigée vers un réacteur ultra-violet pour l'étape de désinfection avant d'être retourné à la rivière via l'émissaire. Le procédé Trojan de désinfection par rayonnement ultra-violet à

moyenne pression de radiation s'effectue au moyen d'un maximum de 72 lampes UV réunies en deux (2) groupes de six (6) batteries de six (6) lampes chacune. L'ensemble est contrôlé par l'automate PLC-800, lequel ajuste l'intensité des lampes en fonction du débit instantané et de la transmissivité mesurée en continu.

Déshydratation et stockage des boues

Les boues extraites des décanteurs-épaississeurs sont refoulées vers l'un ou l'autre des deux (2) bassins de stockage. Le dégazage d'ammoniaque qui s'en suit est détruit par acidification dans la tour de contact du système de contrôle des odeurs. Deux (2) mélangeurs par bassin de stockage assurent le maintien de l'homogénéité des boues en vue de la déshydratation. Le volume total de stockage permet une réserve d'environ trois (3) jours au débit et aux charges maximales de conception. Les boues stockées sont pompées au moyen de trois (3) pompes à cavité progressive dont une en réserve, vers deux (2) réservoirs de conditionnement au polymère puis dans les deux (2) pressoirs rotatifs Fournier. Cet ensemble est contrôlé par le PLC-500. Les trois (3) pompes sont munies d'un dilacérateur.

La capacité de déshydratation des boues a été conçue sur une base théorique de cinq (5) tonnes de boues sèches par jour, soit une opération d'environ huit (8) heures par jour par semaine de cinq (5) jours ouvrables. Le polymère de déshydratation est pompé d'un réservoir d'appoint au moyen de trois (3) pompes doseuses à cavité progressive, dont une en réserve. Le dosage de polymère

est proportionnel au débit d'alimentation en boues chaulées. Les boues déshydratées à une siccité de 35% et plus sont déversées gravitairement dans deux (2) bennes à boues. Un volet manuel permet de diriger la chute des gâteaux vers l'une ou l'autre de celle-ci. Elles doivent normalement être chargées quotidiennement pour disposition dans un lieu d'enfouissement sanitaire.

Contrôle des odeurs

Le contrôle des odeurs est effectué partiellement par traitement d'air et partiellement par diffusion à l'extérieur. En fait, seul est traité l'air soutiré des bassins de stockage de boues avant déshydratation et de la salle des bennes à boues déshydratées. Le traitement d'air consiste en la destruction des gaz d'ammoniaque par acidification dans une tour de contact avant d'être rejeté

à l'extérieur. L'air à épurer est dirigé au bas de la tour de contact (épurateur) pour être évacué dans la partie supérieure. L'air entre en contact avec une solution d'acide qui est recirculée constamment du bas du réservoir à la partie supérieure. La solution ruisselle sur un garnissage dans la tour. Le précipité formé au contact de l'ammoniaque et de l'acide sulfurique se retrouve dans la solution recirculée. Lorsque la solution recirculée contient trop de sels d'ammonium (précipité formé par la réaction de l'ammoniaque et de l'acide sulfurique), la conductivité augmente et il ya purge de solution lorsque celle-ci atteint une valeur établie. De l'eau est alors ajoutée pour maintenir un niveau constant dans le réservoir. De l'acide est aussi dosé pour maintenir le pH à une valeur prédéterminée. Le traitement du H2S et autres composés n'a pas été prévu à l'étape de conception. Il est donc important de minimiser les temps de séjour des déchets et des boues dans les bennes. Il convient également d'éviter les conditions d'entreposage des boues en l'absence d'un taux de chaux suffisant (pH inférieur à 10). L'air de ventilation de toutes

les autres salles et zones de la station est simplement évacué directement à l'extérieur, sans aucun traitement d'odeurs.

Coagulant

Le système de dosage de coagulant est contrôlé par le PLC-130. La vitesse des pompes doseuses est proportionnelle au débit d'eau et le dosage est réglé manuellement par l'ajustement de la course ("stroke"). L'opérateur doit inscrire le dosage et la calibration réelle sur la page d'écran de la console centrale en mode automatique, de manière à ce que le calcul du taux proportionnel (4-20 mA) soit approprié. Le coagulant est entreposé dans deux (2) réservoirs de 20 500 litres chacun, assurant une réserve d'environ un (1) mois, variable selon le dosage requis et le débit moyen traité. Chaque réservoir peut être isolé l'un de l'autre ou mis en vases communicants. Ils possèdent leur propre raccord de tuyauterie de remplissage, permettant de les remplir individuellement. Il est possible d'y stocker un ou

deux (2) coagulants, tel que l’alun ou le Pax213. La zone de stokage de coagulant est ceinturée d'un muret de retenu en cas de déversement. Elle est également munie d'un contrôle de température individuel avec thermostat et aérotherme, ainsi que les gaines de ventilation appropriées permettant de cloisonner cet espace restreint si les conditions d'entreposage s'avéraient inappropriées ou insuffisantes (cristallisation

partielle ou complète du coagulant). Le dosage est effectué au moyen de deux (2) pompes doseuses par pulsation à vitesse variable, dont une en réserve. L'injection du coagulant se fait normalement en un seul point à l'entrée du mélangeur rapide. Il est également possible d'injecter en aval des vannes d'isolation individuelle de chaque unité de décantation, lorsque le mélangeur rapide est contourné.

Polymère de décantation

Le polymère sec livré en super sac de 500 kg est préparé en solution sur place avant d'être dosé dans chacun des deux bassins réacteur-floculateur. Trois (3) pompes doseuses par pulsation à vitesse variable dont une en réserve refoulent la solution vers chacune des deux rampes de diffusion submergées. Un jeu de vanne permet d'associer l'une ou l'autre des pompes dose uses à l'une

ou l'autre des unités de décantation. Le système est contrôlé par le PLC-400 et le dosage est proportionnel au débit d'eau traitée. L'opérateur doit régler la concentration de la solution et la course des pompes de manière à assurer le dosage requis.

Polymère de déshydratation

Le polymère sec livré en super sac de 750 à 800 kg est préparé en solution sur place avant d'être transféré dans le réservoir d'appoint (réservoir intermédiaire) du système de

déshydratation. Une pompe de transfert à cavité progressive refoule la solution préparée vers ce réservoir à distance. Le système est contrôlé par le PLC-400. Le transfert du polymère des réservoirs de préparation au réservoir intermédiaire peut également s'effectuer manuellement.

Anti-mousse

L’application de produits chimiques engendrant le développement de mousse, de l’anti-mousse est ajouté en fin de traitement pour éviter l’apparition d’écumes à l’émissaire de la station. Ce procédé a été instauré suite aux plaintes reçues. Ceci conclut la description du système de traitement des eaux usées de la Régie d’Assainissement des Eaux de la Vallée du Richelieu.