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jeudi 24 mai 2012
 

Eau

Québec / Premier remplacement d’un biodisque par un réacteur biologique à support fluidisé

Marc-André DESJARDINS (1),
Carole DROUIN (2), Axor Experts-Conseils Inc.
Suzanne BOULAIS, mairesse, Municipalité de Mont-Saint-Grégoire

Article publié en partenariat avec Réseau Environnement (3)

Au Québec, plusieurs municipalités traitent leurs eaux usées à l’aide de biodisques. Bon nombre de ces installations, construites durant les années 1980, montrent des signes sérieux de dégradation et requièrent une réfection majeure. À Mont-Saint-Grégoire, une nouvelle technologie a été choisie afin de remplacer le biodisque qui tombait en ruine. Histoire d’un projet réussi.

Connue notamment pour ses nombreux vergers et ses érablières fréquentées chaque printemps par un grand nombre de visiteurs, la municipalité de Mont-Saint-Grégoire en Montérégie (Québec) compte une population d’environ 3000 personnes, dont environ 800 étaient raccordées au réseau d’égout en 2009. Dans le cadre du Programme d’assainissement des eaux du Québec (PAEQ), la municipalité s’est dotée d’une station d’épuration avec biodisque qui a été mise en service en 1989. Bien que l’entretien normal ait toujours été assuré selon les instructions du manufacturier, le biodisque s’est détérioré de façon importante (bris de sections de médias, fissures, perte d’intégrité structurale, etc.), rendant nécessaire son remplacement même si l’équipement n’avait pas atteint sa durée de vie initialement prévue (20 à 25 ans). En décembre 2002, la municipalité a confié un mandat à Axor Experts-Conseils Inc. afin de préparer des plans et devis pour la réalisation de travaux correctifs à la station
d’épuration, incluant le remplacement du biodisque existant par un nouveau biodisque.

Peu de temps avant l’appel d’offres pour la réalisation de ces travaux, certains citoyens ont émis des réserves quant à la pertinence de remettre en place un biodisque à la station d’épuration, alors que l’unité existante avait montré des déficiences prématurées et que, de toute évidence, un nouveau biodisque, même de nouvelle génération, resterait en fin de compte le même type d’équipement mécanique que celui qui avait causé tant d’ennuis à la municipalité. En juin 2004, désirant vérifier si d’autres options de traitement pourraient être plus avantageuses que l’installation d’un nouveau biodisque, la municipalité confiait un mandat complémentaire à Axor Experts-Conseils Inc. afin d’évaluer les solutions possibles pour la réfection de la station d’épuration municipale.

Étude des différentes solutions
La revue des options pour la réfection de la station d’épuration a été réalisée en englobant un maximum de solutions potentielles. À la demande de la municipalité, même la possibilité de construire des étangs aérés a été évaluée, mais le coût de cette option s’est avéré exorbitant. Au terme de ce mandat, les choix possibles ont été restreints à deux, soit le remplacement du biodisque existant par un nouveau biodisque comme prévu au départ, ou la modification du procédé par une nouvelle technologie : le réacteur biologique à support fluidisé.

Bien que considéré comme une nouvelle technologie au Québec, le réacteur biologique à support fluidisé est un procédé déjà éprouvé dans plusieurs pays.
Ce procédé de traitement biologique à culture fixée fait appel à de petits supports en matériau synthétique (typiquement en polyéthylène à haute densité), de forme cylindrique, qui sont maintenus en mouvement à l’intérieur d’un réacteur aéré où la biomasse présente sur les surfaces internes des supports est mise en contact avec les eaux usées. Bien que le diamètre et la géométrie interne des supports varient d’un manufacturier à l’autre, le principe de la technologie demeure sensiblement le même. Le nombre de réacteurs varie selon l’application.
À la sortie des réacteurs, des grilles de retenue empêchent les supports de sortir de ceux-ci et seul l’effluent avec la biomasse en excès est évacué vers l’étape de traitement suivante où l’eau traitée est séparée des boues biologiques par décantation ou flottation.
Au Québec, les deux principaux fournisseurs/manufacturiers de la technologie du réacteur biologique à support fluidisé sont John Meunier (avec le procédé MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor) et Mabarex (avec le procédé SMBR – Suspended Media Biological Reactor).

Outre la simplicité du procédé, le réacteur biologique à support fluidisé comporte plusieurs avantages ; efficace non seulement pour l’enlèvement de la demande biochimique en oxygène (DBO5), le procédé s’avère également très performant pour l’enlèvement de l’azote ammoniacal, ce qui constitue une caractéristique importante dans le contexte du resserrement éventuel des exigences de rejet. Facilement expansible par simple ajout de médias (supports), le procédé peut augmenter de façon considérable la capacité de bassins existants en plus de bien résister aux chocs hydrauliques et toxiques. Dans le cas du projet de la municipalité de Mont-Saint-Grégoire, l’estimation des coûts d’installation des deux options (nouveau biodisque vs réacteur à support fluidisé) a montré que ces coûts étaient comparables, mais qu’à long terme les coûts d’exploitation du réacteur à support fluidisé seraient moins élevés, principalement en raison des coûts évités associés à l’entretien et aux réfections futures du biodisque.

Décision soumise aux citoyens
En juin 2007, au terme d’un long processus visant à confirmer auprès du ministère des Affaires municipales et des Régions (MAMR) l’admissibilité de l’option du réacteur biologique à support fluidisé pour la réfection de la station d’épuration de Mont-Saint-Grégoire (processus requis en raison du statut de « nouvelle technologie » de ce procédé au Québec), les options ont été soumises aux citoyens de la municipalité et c’est le réacteur à support fluidisé qui a été choisi.

À la suite de cette décision prise par les citoyens, un nouveau mandat a été confié à Axor Experts-Conseils Inc. en août 2007 afin de préparer les plans et devis des travaux de remplacement du biodisque par un procédé de réacteur à support fluidisé. L’appel d’offres pour la réalisation des travaux a été réalisé en avril 2008. Au terme de celui-ci, le contrat de réfection de la station d’épuration a été confié à la compagnie Mabarex, qui s’est présentée dans ce projet en tant qu’entrepreneur et fournisseur de technologie.

Installation et mise en route du procédé
La demande de certificat d’autorisation pour les travaux de réfection de la station d’épuration a été soumise au ministère du Développement durable, de l’Environnement et des Parcs (MDDEP) en avril 2008. Après avoir fourni tous les compléments d’information exigés par le ministère, le certificat d’autorisation a finalement été émis le 18 juillet 2008.
Conçue pour traiter un débit nominal de 540 m3/j et une charge en DBO5 d’environ 60 kg/j, la nouvelle chaîne de traitement installée comporte en premier lieu un tamis rotatif de marque IPEC en acier inoxydable 304. Muni d’une grille en fil métallique profilé de 2,5 mm d’ouverture, le tamis retient les solides fins contenus dans les eaux usées brutes refoulées par le poste de pompage Tétreault, qui est le principal poste de pompage de la municipalité.
Par la suite, les eaux usées tamisées s’écoulent vers deux bassins aérés en série dans lesquels se trouvent les
supports permettant le développement de la biomasse qui transforme et dégrade la matière organique (voir la photo ci-contre). Ces bassins ont été aménagés dans l’espace où était installé le biodisque (espace qui était occupé par l’ancien décanteur primaire qui se trouvait sous le biodisque). L’effluent de ces bassins est ensuite dirigé vers le décanteur secondaire qui était existant et qui n’a pas été modifié mis à part l’abaissement de la conduite de sortie. L’eau traitée emprunte finalement l’émissaire existant vers le ruisseau Quintin. Les boues biologiques du décanteur secondaire sont pour leur part pompées périodiquement vers le bassin de stockage des boues existant. À noter qu’un système de dosage d’alun était déjà en place afin d’assurer l’enlèvement chimique du phosphore durant la période voulue. Ce système permet d’injecter de l’alun dans le canal reliant la sortie du second
réacteur biologique à l’entrée du décanteur secondaire.
Les principales caractéristiques des réacteurs biologiques à support fluidisé de type SMBR qui ont été mis en place à la station d’épuration sont résumées au tableau 1. Les travaux d’installation du procédé ont débuté en novembre 2008 et ont duré cinq semaines. La mise en route a été faite à la fin de décembre 2008.

Vue d’ensemble du tamis et des réacteurs biologiques
© AXOR Experts-Conseils Inc.

Suivi de la performance
Les exigences de rejet auxquelles la station d’épuration est assujettie sont les suivantes :
• Demande biochimique en oxygène (DBO5) : 30 mg/l (trimestriel) et 20 mg/l (moyenne annuelle) ;
• Matières en suspension (MES) : 35 mg/l (trimestriel) et 25 mg/l (moyenne annuelle) ;
• Phosphore total (Pt) : 1 mg/l (du 15 mai au 14 novembre) ;
• Coliformes fécaux : 1 000 UFC/100 ml (du 1er mai au 30 novembre).
Le processus de suivi de démonstration a été initié en juin 2009. Le débit moyen acheminé à la station d’épuration durant la période de juin 2009 à février 2010 a été de 185 m3/jour. La charge moyenne de DBO5 à l’affluent a été de 40 kg/d, soit 67 % de la charge de conception. La charge superficielle sur les 30 mètres cubes de médias dans le premier réacteur a été de 3,1 g DBO5/m2/d, et 1,6 g DBO5/m2/d pour l’ensemble des réacteurs.

La figure 1 présente les données de suivi de juin 2009 à février 2010, pour la DBO5 totale et l’azote ammoniacal à l’affluent et à l’effluent. La température de l’effluent a varié entre 20 °C l’été et 10 °C l’hiver. On note un excellent enlèvement de la DBO5 totale de 96 % sur la période. La concentration de DBO5 totale à l’effluent est généralement inférieure à 10 mg/l. La majeure partie de cet enlèvement se produit dans le premier réacteur.
On note une pointe de DBO5 totale à l’effluent à 24 mg/l le 20 janvier 2010 ; la DBO5 soluble pour la même journée était de 17 mg/l.

Caractéristiques de conception des réacteurs

Aucune anomalie d’opération particulière n’a été notée à cette période. Cette concentration de DBO5 plus élevée est possiblement attribuable à une pointe de concentration en DBO5 totale à l’affluent ; durant la période de suivi, des pointes similaires à l’affluent ont été observées, mais n’ont pas provoqué une augmentation de concentration à l’effluent, possiblement parce que la température de l’eau était supérieure à ce moment. Quant à l’enlèvement d’azote ammoniacal, il a été de 98 % en moyenne, même l’hiver avec une température de l’eau à 10 °C. Environ 68 % de l’azote ammoniacal a été enlevé dans le premier réacteur, l’autre 30 % étant enlevé dans le second.

Les exigences de rejet sur les coliformes fécaux ont été imposées par le MDDEP au moment de la mise en place du nouveau procédé de traitement. Aucun équipement de désinfection n’a été installé lors des travaux de 2008, ne sachant pas qu’elle allait être la performance du procédé à support fluidisé à cet égard. Les données de suivi de 2009-2010 ont établi que l’enlèvement de coliformes de l’ordre de 2 à 3 log observé ne permettra pas d’être conforme à la norme de rejet de 1 000 UFC/100 ml du 1er mai au 30 novembre et qu’une désinfection supplémentaire sera requise. Les travaux d’ajout d’une désinfection UV sont prévus pour 2010.

D’autre part, on se doit de noter que dans une chaîne de traitement avec une nitrification aussi performante que ce qui est observé à Mont-Saint-Grégoire, selon le type de décantation secondaire utilisé, une attention particulière doit être portée au contrôle de la dénitrification des boues.
La configuration du fond des décanteurs secondaires existants à Mont-Saint-Grégoire semble favoriser la dénitrification d’une partie des boues, qui finissent à la longue par s’accumuler en surface. Des travaux correctifs sont prévus afin de résoudre cette problématique.

FIG 1 - Concentration de DBO5 et azote ammoniacal à l’affluent et à l’effluent de juin 2009 à février 2010

Un projet réussi
En résumé, le projet de conversion de biodisque en réacteur biologique à support fluidisé s’est avéré un succès pour la municipalité de Mont-Saint-Grégoire, tant sur le plan de la performance environnementale, nettement supérieure, que sur le plan économique. Ce projet est une réussite grâce principalement au leadership du conseil municipal et des citoyens de la municipalité qui ont fait un choix éclairé et judicieux. Une journée portes ouvertes a été organisée par la municipalité le 21 février 2009, ce qui a permis à plusieurs citoyens ainsi qu’à des maires de municipalités voisines de visiter la station d’épuration et de voir les nouveaux équipements en fonction. Nul doute que ce projet pourrait inspirer d’autres municipalités dont les stations d’épuration avec biodisques nécessitent une réfection.

Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier le ministère des Affaires municipales, des Régions et de l’Occupation du territoire (MAMROT) et le MDDEP pour leur appui au projet, de même que messieurs Jean-Philippe Raboud et François Séguin de Mabarex qui ont fourni les données du suivi de la performance, et monsieur Michel Brodeur, inspecteur municipal.

Notes :
1. mdesjardins@axor.com
2. cdrouin@axor.com
3. Article initialement publié dans Vecteur Environnement, Volume 43, n° 4, septembre 2010

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