Pour obtenir mon DUT en Génie Chimique et Génie des Procédés, j'ai décidé d'effectuer mon stage du semestre 4 à Québec, Canada, du 20 février au 27 avril 2012, au sein d'une unité de recherche de l'Université Laval. Tout d'abord, je tiens à exprimer mes sincères remerciements à toutes les personnes que j'ai rencontrées et qui m'ont permis de m'intégrer au groupe de recherche modelEAU et qui m'ont fait vivre une expérience tellement enrichissante et pédagogique lors de ce stage au Canada. Tout d'abord, je tiens à remercier Peter VANROLLEGHEM de m'avoir accueilli dans son groupe de recherche.
Ceci est essentiel pour la sécurité des écosystèmes et la santé publique, et est même devenu le problème de santé publique numéro un dans le monde. Le groupe de recherche modelEAU a été créé dans le but de modéliser la qualité de l'eau et les processus de traitement. Je présenterai d'abord l'Université Laval, le groupe modelEAU, le projet primEAU, l'usine de traitement des eaux usées de Québec et les liens avec l'entreprise John Meunier.
L'Université Laval compte 240 000 diplômés dans le monde (environ 8 000 diplômés par année), elle compte 2 500 professeurs, ainsi que 200 associations étudiantes. Ce groupe fait partie du département de Génie Civil et Génie de l'Eau de l'université (Figure 1, Pavillon Adrien POULIOT). Les thèmes de recherche de modelEAU portent sur la qualité de l'eau, les procédés de traitement et la création de modèles.
L'entreprise John Meunier est spécialisée dans le traitement de l'eau potable, des eaux de process, des eaux usées et de la gestion des eaux pluviales.
Synthèse bibliographique
La station d’épuration de la ville de Québec
- Prétraitement
- Décantation primaire
- Traitement biologique et rejets
La carafe est équipée de lattes pour arrêter les matières plus décantables, d'un racleur qui pousse les boues dans la fosse et d'un écumeur de surface (pour les matières de faible densité). Le rôle de la carafe est d’éliminer un maximum de MES avant de passer au traitement secondaire. Le traitement par biofiltration consiste en un lit de schiste expansé de 1,6 m d'épaisseur, qui sert à la fois de filtre mécanique pour les grosses particules, et de milieu de développement pour les micro-organismes qui consomment la matière organique dissoute dans l'eau.
Ce rétrolavage produit une boue qui est régénérée au fur et à mesure que l'eau de lavage passe dans le décanteur secondaire. L'eau sortant du biofiltre est exempte de 91 % de MES et de 84 % de pollution organique dissoute. Lors des périodes d'activité aquatique de la rivière (de juin à septembre), les rayons UV sont utilisés pour désinfecter l'eau (élimine 99,5% des coliformes fécaux).
Toutes les boues récupérées lors du traitement sont envoyées à la Station Est pour être épaissies dans un bassin à fond conique (de 1% de matières solides à 5%).
Le projet primEAU
Décanteur primaire
Digestion anaérobique
Boues activée
Mon rôle dans primEAU
Lors de la première réunion du projet primEAU à laquelle j'ai participé (réunion hebdomadaire), les deux postes alors vacants m'ont été présentés. A savoir : réaliser un protocole de respirométrie bactérienne, et appliquer des protocoles de fractionnement au décanteur primaire. J'ai choisi la seconde car elle correspondait à ce que j'attendais de mon stage : mettre en œuvre des analyses dont les résultats seraient directement utiles au projet.
De plus, c'est une position qui permet de toucher à une large gamme de protocoles (Figure 6). Une opération de fractionnement est un procédé qui permet de séparer un mélange en plusieurs fractions successives d'espèces aux propriétés différentes. Le fractionnement est la base de mon stage car il me permet de visualiser en temps réel la composition, et donc la qualité, du tributaire, de l'effluent et des boues du décanteur primaire.
La suite du projet consiste à reproduire ces rapports du pilote en faisant varier les conditions opératoires afin que Giulia BACHIS établisse les variables du modèle. L'évaluation débute par un relevé des débits volumes globaux du décanteur (entrée, sortie, boues) fourni par Denis DUFOUR à STEP. Les procédés de fractionnement que j'utiliserai tirent parti des différences entre les propriétés physiques et chimiques des différentes espèces (volatilité, solubilité, affinité chimique, dosage acido-basique, spectrophotométrie, etc.).
Conclusion
Matériels et méthodes
- Matières en suspension
- Demande chimique en oxygène
- Demande biologique en oxygène
- Quantification des sucres
- Mesure de l’ammoniac et de l’azote total
- Extraction des lipides
- Bilan décanteur primaire
Pour les échantillons très concentrés, une dilution doit être effectuée (25 fois pour les boues du décanteur). Vous devez d’abord savoir avec quelle plage de DBO vous allez travailler (modification de la configuration de l’appareil et modification du volume de l’échantillon). Ensuite, vous devez préparer les flacons DBO en versant le volume d’échantillon indiqué dans le protocole.
Les flacons doivent être "scellés" avec de la graisse silicone (à poser sur le goulot), enfin les flacons sont posés sur les appareils. Il faut configurer le test (annexe IV), s'assurer que les agitateurs tournent correctement puis placer les appareils dans l'incubateur à 20°C. Vous devez disposer de tubes « Hach » vides (Figure 16), parfaitement nettoyés et séchés à l'air comprimé.
Il faut injecter 1 ml de l'eau à analyser, si elle est introduite il faut la diluer deux fois, les boues 250 fois. Pour cela, il faut utiliser l'eau de sortie du décanteur passée sur un filtre Büchner afin de ne pas changer la matrice. Ajoutez ensuite 1 ml de solution de phénol à 5% (m/V), vortexez, puis ajoutez 5 ml d'acide sulfurique concentré (Figure 17) et chauffez 3 minutes à 150°C.
Pour utiliser ces mesures, il est nécessaire de tracer une courbe d'étalonnage qui donne la concentration en glucides en fonction de l'absorbance. Une courbe d'étalonnage doit être répétée régulièrement, car la solution de phénol se dégrade très rapidement avec le temps. Pour réaliser les tests, il faut d'abord se rendre au STEP (des machines sont mises à disposition par l'université).
Une grande prudence est de mise car il existe un risque de chute dans les canaux. Dans la mesure du possible, il convient de prendre en compte le temps de séjour du décanteur lors de l'échantillonnage. Après avoir prélevé les échantillons, enregistrer l'heure de sortie de la zone contaminée et procéder à la désinfection des mains (obligatoire).
Résultats et discussions
- Mise en place du protocole de DBO
- Etalonnage du protocole des sucres
- Bilans du décanteur primaire
C'est souvent problématique car le pompage n'est pas continu, et la composition de la boue est très variable selon le temps de prélèvement (boue trop légère ou trop épaisse). Cependant, un fusible du dispositif de contrôle de la température a sauté pendant ce test. Cependant, le lendemain, le compresseur du circuit de refroidissement de l'incubateur est tombé en panne, faisant monter la température à 47°C.
La première tâche consistait à vérifier que la mesure de la DBO était effectuée de la même manière sur les deux appareils. Ce graphique montre l'évolution de la demande biologique en oxygène dans les échantillons d'eaux usées. En regardant les équations obtenues précédemment, le coefficient principal de l'équation obtenue est en moyenne de 79,72 avec un écart type de 17,93.
Les résultats expérimentaux sont présentés ci-dessous dans un tableau représentant les flux partiels de MES-MVES, de sucres et d'ammoniac (Figure 37). On constate également que le décanteur ne retient pas la quasi-totalité de l'azote. Comme précédemment, les flux de MES-MVES, de lipides, d'azote et d'ammoniac sont présentés dans le tableau (Figure 41), et les pourcentages d'erreur dans l'histogramme (Figure 42). kg/h) écart type des lipides (kg/h) azote total.
Je constate qu'une très grande partie du MAS a été éliminée de l'effluent du décanteur, il a donc rempli l'essentiel de son rôle. De plus, la quantité d'ammoniac (normalement incluse dans l'azote total) mesurée est supérieure à celle de l'azote. Le problème d'accumulation de boues est récurrent, de plus il semble qu'un déversement de produit (probablement de l'alun) dans les eaux usées soit préoccupant.
Au cours de cette évaluation, l'échantillon d'analyse d'ammoniac a été filtré avec des filtres de diamètre de pores de 0,45 µm. Le tableau ci-dessous présente un résumé des compositions des affluents recueillies lors des trois évaluations (Figure 43). En effet, lors de mes visites au STEP, j'ai pris soin de respecter au mieux l'intervalle d'environ 15 minutes entre les prélèvements entrants et sortants.
Cette évolution dépend de la qualité de l’afflux, qui évolue bien entendu avec le temps. L'échantillonnage à différents moments de la journée est intéressant, car on constate que la charge de décharge augmente en milieu d'après-midi.
Conclusion générale
Retour d’expérience personnel
Annexes
Schéma de la station d’épuration Est de la ville de Québec
Résultats expérimentaux bilans
Résultats DBO
Test de comparaison - DBO10
