Je tiens également à remercier Sylvie LEDUC et Michel BISPING, pour leur formation concernant la sécurité du laboratoire environnemental du Département de génie civil et de génie des eaux de l'Université Laval, mais également pour leur aide et leur disponibilité. Je tiens à remercier Mme. Marlyne Ferguson et Mme. Isabelle BOUCHER, agente de secrétariat du département de génie civil et de génie hydraulique, qui m'a aidée dans la réalisation des démarches administratives lors de mon séjour. L'objectif de ce stage est d'échantillonner les eaux usées pour détecter et comprendre les paramètres de la qualité de l'eau afin de caractériser les collecteurs de gravier d'une usine de traitement des eaux usées de la ville de Québec.
L'interprétation des données permettra d'évaluer l'efficacité et d'améliorer les performances des dessableurs de l'usine et contribuera à développer un modèle mathématique qui reflète le comportement d'un dessableur lors du traitement primaire des eaux usées dans le contexte d'un projet de recherche industrielle.
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Québec
Université Laval
La chaire industrielle modelEAU
Pour pallier à ces problèmes, la chaire industrielle modelEAU de l'Université Laval à Québec mène des recherches pour aider à comprendre et améliorer les étapes de traitement des eaux usées. Cette étape est une étape clé du traitement de l’eau et doit donc être efficace à tout moment. Ensuite, des campagnes d'échantillonnage suivies d'expérimentations et d'analyses en laboratoire permettent de connaître les principales caractéristiques des eaux usées échantillonnées (pH, conductivité, DCO, MES, azote ammoniacal).
L’étude des résultats obtenus permet alors de mieux comprendre le fonctionnement de l’étape de désablage et de trouver des solutions pour améliorer les performances de ce traitement.
Matériels et méthodes
Matériels
Les échantillonneurs
La ligne d'échantillonnage traverse le haut du réfrigérateur et pénètre dans le compartiment réfrigéré où se trouvent les conteneurs d'échantillons. La température des échantillons au réfrigérateur est contrôlée de manière à ce que les échantillons soient maintenus à 4°C avec une température ambiante allant jusqu'à 49°C. La température des échantillons dans le réfrigérateur est maintenue constante par un thermostat sensible à l'air.
L'intérieur du réfrigérateur est en plastique de qualité alimentaire et l'extérieur est en acier galvanisé recouvert de vinyle.
Les installations
La chambre de dérivation du réseau sanitaire Saint-Sacrement sert à recueillir les eaux usées afin qu'elles soient acheminées vers le site de traitement : Usine d'épuration des eaux usées de Beauport. Cet appareil, construit par les techniciens des installations de Beauport, permet de fixer et d'immerger la crépine reliée au tube de prélèvement dans les eaux usées. L'échantillon est prélevé à une profondeur de 12 m 25 cm au-dessus du sol, de sorte que le tamis se trouve au milieu de la zone d'eau, qui mesure généralement environ 35 cm de hauteur le jour et un peu moins la nuit, soit environ 30 cm. cm de moins (voir figure 9).
Le bassin d'eau est peu profond, la tour doit donc être placée avec précision et finesse, sinon cela pourrait affecter les échantillons. En amont des dessableurs se trouve un canal d'entrée (voir figure 10), son rôle est de créer des turbulences afin de mélanger les eaux usées entrant dans les cinq dessableurs de l'usine. Il est important de bien homogénéiser l’eau entrant dans le dessableur afin qu’elles aient les mêmes performances de nettoyage.
Le retour des eaux issues du traitement des boues primaires et secondaires dans les épaississeurs, le retour des eaux des laveurs de sable et le retour des eaux des concentrateurs de graisses, d'huiles et de mousse s'effectuent à ce niveau. De plus, la profondeur du canal et donc la hauteur d'eau avant l'accès aux dessableurs n'est pas la même, ce qui entraîne des différences. La montée et la descente du support dans les eaux usées se font mécaniquement avec un boîtier de commande (voir figure 16).
L'échantillon est prélevé à 4m de profondeur et 1m20 au-dessus du fond du canal, de manière à ce que le tamis soit au milieu de la zone d'eau, qui se situe généralement à une hauteur d'environ 2m50 (voir Figure 17). Le prélèvement est effectué à 4m de profondeur et 80cm au-dessus du fond de la piscine, de manière à ce que la crépine soit au milieu de la zone d'eau, qui se situe généralement autour de 1m70 (voir figure 19).
Méthodes
- Procédure de mise en place des échantillonneurs
- Expériences en entrée dessableur
- Campagne d’échantillonnage
- Résultats
L'objectif est de déterminer la différence de qualité de l'eau sur le profil vertical et horizontal de l'écoulement entrant dans les sablières. A cet effet, des échantillons sont prélevés à l'entrée de trois des cinq chambres à sable (voir Figure 10). 3 : L'échantillonnage des surnageants/laveurs de sable/concentrateurs de mousse du collecteur de sable côté retour aura lieu le mercredi 16 juillet 2014 à 11h08.
Grâce au double échantillonnage, en surface et en profondeur, nous obtenons une meilleure vue d’ensemble des eaux usées des différents sites analysés. Nous souhaitons caractériser un dessableur par temps sec ; nous devrions prélever des échantillons les jours sans pluie, lorsque le débit de la station est à son niveau quotidien normal. De plus, les analyses doivent être effectuées dans les 24 heures suivant le prélèvement de l'échantillon en raison des changements de composition qui interviennent sur les échantillons par transformations physico-chimiques.
Toutes les analyses sont effectuées conformément à la lettre aux SOP (Standard Operating Procedure) du laboratoire. Avant de démarrer la campagne de prélèvement, les crépines doivent être nettoyées aux trois points de prélèvement. Après une analyse visuelle rapide des bouteilles agitées et selon le planning d'échantillonnage, nous sélectionnons 10 bouteilles parmi les 24 bouteilles que nous avons sur place.
Rappel : Le prélèvement doit avoir lieu par temps sec, les échantillons doivent être conservés à 4°C et les analyses en laboratoire doivent être effectuées dans les 24 heures suivant le prélèvement. Nous avons également pu récupérer certaines données continues de l'usine disponibles pour les trois sites, notamment le débit pour l'ensemble des sites et le pH à l'entrée des dessableur.
Analyse des résultats des expériences en entrée dessableur
Analyse de résultats d’une campagne
- Débits
- pH
- Conductivité
- Azote ammoniacal
- DCOt, DCOs, MES, MVES
Cette variation semble être la conséquence directe de l'utilisation de l'eau de midi combinée à un pompage saccadé. Pendant cette période, des travaux de nettoyage proprement dits ont lieu à la station de pompage principale de l'usine. Nous nous retrouverons le 12 de 7h00 à Vers 8h00, augmentation du débit au Saint-Sacrement, ce qui correspond probablement à l'utilisation de l'eau le matin.
Cette augmentation est si prononcée qu'à 7h30 une vanne est ouverte pour répartir l'eau dans le réseau et réduire le débit. On constate un délai d'une heure entre les valeurs de débit maximum atteintes dans le réseau (SS) et en usine (ED+SD). En regardant ce graphique, on remarque que le pH dans le réseau de Saint Sacrement est dans la plupart des cas (sauf de 23h à 12h) plus élevé qu'à l'usine.
La différence de pH entre le réseau et l’usine peut s’expliquer par la différence de localisation des sites. Si l'on regarde ce graphique, on constate que la conductivité dans le réseau à Saint Sacrement est plus grande que dans l'usine. Il y a donc plus d'impuretés dans le réseau qu'en amont du dessableur, cela est dû d'une part au mélange et donc à l'homogénéisation des eaux usées du réseau en usine et d'autre part au traitement de tamisage qui élimine certaines impuretés dans l'eau.
Quant aux autres paramètres étudiés, on retrouve des points liés aux différents usages de l’eau au cours d’une journée. Il existe alors un intervalle d'1 heure entre le réseau et l'usine qui apparaît redondant en raison des environ 6 km de voie navigable qui sépare Saint Sacrement de l'usine. Une étude rapide de terrain a ensuite été réalisée pour localiser et installer ces appareils sur le réseau d'assainissement ainsi qu'en amont et en aval d'une prise de sable d'une usine de traitement d'eau à Québec.
En effet, cela m'a permis de découvrir le monde de la recherche dans le domaine du traitement de l'eau, puisque j'ai pu intégrer une équipe de recherche.
Dépliant descriptif de l’Usine de Beauport
Les déchets collectés lors de cette première étape sont collectés et envoyés à l'incinérateur de Québec. L'opération de sablage a pour but d'éliminer les graviers, le sable et toutes grosses particules lourdes de densité équivalente, d'éviter d'endommager les équipements mécaniques, mais également d'éviter le colmatage des canaux et des bassins. Nous éliminons également les corps flottants constitués d'huiles, de graisses et de mousse par des procédés d'huilage et de dégraissage en injectant de l'air et en raclant la surface de l'eau.
Environ 800 tonnes de matériaux flottants et 1 500 tonnes de sable sont obtenues chaque année dans l'usine. Les boues dites primaires, qui se déposent au fond du bassin, sont collectées et pompées vers les épaississeurs. Ces derniers, d'une épaisseur de 1,6 m, éliminent complètement les solides de l'eau, ainsi que la pollution organique dissoute.
Un lavage régulier des biofiltres est nécessaire pour extraire les matières solides qui forment les boues secondaires. Une cinquième opération est nécessaire de juin à septembre pour détruire les bactéries présentes dans l'eau.
SOP DCO par méthode colorimétrique
SOP MES et MVES par méthode gravimétrique
Utilisez l’opération manuelle pour prélever un échantillon sur pince, déplacer le bras du distributeur ou faire fonctionner la pompe. Des échantillons instantanés peuvent être collectés pour vérifier le volume de l’échantillon ou pour collecter des échantillons sans exécuter de programme d’échantillonnage. Pour arrêter la pompe à tout moment pendant le cycle d'échantillonnage, appuyez sur le bouton STOP.
Lorsqu'il est configuré pour plusieurs flacons, le bras distributeur peut être déplacé manuellement pour distribuer un échantillon instantané dans un flacon spécifique. La pompe peut être utilisée en dehors d'un programme d'échantillonnage pour prélever un échantillon ou pour purger les conduites d'entrée. Si le volume d'échantillon est modifié dans le programme, le volume d'échantillon doit être recalibré pour le nouveau volume.
Utilisez ensuite « TAKE FIRST SMPL » pour sélectionner si le programme démarre immédiatement (« IMMÉDIATEMENT ») ou à la fin du premier intervalle (« APRÈS INTERVALLE). L'intervalle de débit qui doit s'écouler entre les cycles d'échantillonnage peut être défini dans le menu de la fenêtre « TAKE SMPL EVERY ». La sélection de « OVERRIDE TIME » activé forcera la collecte d'échantillons si le volume d'écoulement est très faible.
Le volume de l'échantillon à prélever doit être inscrit dans « SAMPLE VOLUME » en ml ou gal. Lorsque le programme est en cours d'exécution, une interface permet de suivre l'échantillonnage, c'est-à-dire quand le dernier échantillon a été prélevé, combien de temps reste-t-il avant le prochain échantillonnage, etc.
SOP Azote ammoniacal par la méthode de Nessler
Conductivité
