Procédés de filtration



Traitement de l’eau potable

L'usine de filtration
Depuis sa construction en 1962-1963, l’usine a subi trois phases de rénovations qui ont eu lieu en 1988, 1992 et 1999. Quelques équipements de contrôle et de mesure ont également été installés en 1997.

À la suite de problèmes de pression localisés chez les gens qui habitaient sur un plateau en élévation, un surpresseur, situé au 338 de la 22e avenue, a été construit afin de remédier à cette situation.

Ce surpresseur alimente le réseau avec trois pompes respectivement de 15 HP, de 60 HP et de 100 HP.

Sa réserve d’eau potable peut contenir environ 200 000 gal. (800 mètres cubes).

À tous les jours, l’usine approvisionne quelque 9 800 personnes.

Puisque l'eau brute captée en milieu naturel n'est pas propre à la consommation, elle doit être acheminée par une canalisation vers l'usine de filtration, qui la traitera afin de la rendre « potable », c'est-à-dire consommable sans risque de maladie.

Des échantillons d'eau sont analysés périodiquement pour faire en sorte que l'eau potable qui circule sur le réseau d'alimentation satisfasse toutes les normes des organismes qui régissent la qualité de l'eau et que la population desservie ait en tout temps accès à une eau qui est propre à la consommation.

Comment l'eau de la rivière devient-elle de l'eau potable?
Les usines de filtration éliminent les matières en suspension, les algues, les bactéries et les virus de l'eau. Ce processus de traitement donne une eau claire et limpide, d'un goût frais et qui, après traitement, sera sans danger pour la consommation. Pour cela, l'eau doit subir plusieurs traitements.

Voici donc les cinq grandes étapes du traitement de l'eau :

  1. Le prétraitement (captage, dégrillage, pompage)
  2. La clarification (floculation, coagulation, décantation)
  3. La filtration (filtres gravitaires)
  4. La désinfection (chloration, ozonation)
  5. La distribution (pompes de surpression, pH, réseau d'alimentation)


1. Le prétraitement

Le captage
Cette première étape du prétraitement consiste au captage de l’eau brute par une prise d'eau qui est installée dans le lac St-Louis.

Le dégrillage
Lorsque l’eau captée arrive à l'usine de filtration, elle passe à travers une grille (dégrillage) afin de se débarrasser des plus grosses particules qui flottent à sa surface.

Le pompage  
Le pompage de cette eau est effectué avec trois pompes de 15 HP. L’eau ainsi pompée arrive dans un bassin d'eau brute, puis poursuit sa route vers l’étape suivante, soit le passage dans une chambre de mélange munie d'un agitateur mécanique.


2. La clarification

Floculation ~ Coagulation
Pour se débarrasser des matières légères qui sont demeurées en suspension (non sédimentables) après le dégrillage, telles que les microorganismes, on procède au traitement chimique qui suit.

Un floculateur (mélangeur rapide) à vitesse réglable dans une chambre de mélange agite l'eau combinée à un coagulant et à un aide coagulant.

Les particules qui adhèrent les unes aux autres forment des « flocs » (la floculation). Lorsque le floc est ainsi formé, l'eau poursuit sa route dans les décanteurs. Une agitation inefficace peut entraîner une surconsommation de produits et une faible agrégation des particules. De plus, une agitation trop élevée brisera les flocs.

C'est grâce au coagulant et à l'aide coagulant qu'il y a agglomération (coagulation) des fines matières en suspension. L'eau est par la suite acheminée vers la cloche à vide du décanteur. C'est alors que tous les flocons coagulés sont poussés par le bas du décanteur et, dans le cas du Superpulsator, sont arrêtés par le lit de boue fluidisée.

Décantation
Il s’agit d’un procédé de séparation par gravité des matières solides sédimentables aboutissant à l'élimination de solides en suspension de densité supérieure à celle de l’eau par l’action de la gravité.

Les décanteurs
Ce sont des bassins dans lesquels les flocs (flocons) de particules qui décantent sont retenus et accumulés au fond des bacs. Environ 66% des matières vont se déposer dans ces bassins. Cette boue ainsi formée sera ensuite extraite périodiquement (flocons décantés) et acheminée vers l’usine d’épuration. Par la suite, pour finaliser sa clarification, l'eau est acheminée vers la chaîne de filtration.

Les décanteurs Superpulsator sont des décanteurs-floculateurs qui possèdent les avantages d’un lit de boues hautement concentrées maintenues en suspension par des pulsations et par une recirculation interne des boues floculées, qui sont produites par des plaques inclinées à déflecteurs et placées au sein même du lit de boues. Cela permet donc d’atteindre des vitesses ascensionnelles particulièrement élevées.

Les agents coagulants

Entreposage du coagulant
L’alun (sulfate d’aluminium) est un réactif liquide qui favorise la coagulation. Il est livré par camion citerne et entreposé dans deux grands réservoirs qui sont maintenus en vase communiquant.

En cas de fuite d’un des réservoirs, de la tuyauterie ou des pompes doseuses, un petit muret avec un drain interne est érigé autour des deux réservoirs.

Le but de son utilisation est de permettre la neutralisation des charges des particules colloïdales en suspension qui causent la turbidité dans l’eau. L’alun réagit mieux entre un pH de 6,0 et de 6,5 (si on ajoute 1 mg/l d’alun, l’alcalinité naturelle de l’eau est réduite de 0,45mg/l). Il est injecté dans le bassin d’eau brute par une pompe à diaphragme servant au dosage de réactifs liquides. C'est en hiver que l'on utilise le plus d’alun, car l’énergie cinétique est plus faible en eau froide et, par conséquent, la fréquence des collisions est diminuée.

Pompes doseuses
C'est à l'aide de pompes doseuses, réglées pour un résultat voulu, que l'on injecte dans l'eau les différents réactifs tels que l'alun (sulfate d'aluminium) et les aides coagulants, soit la silice activée et le polymère.

Entreposage du polymère et de la silice activée
La silice activée (SiO2) est un adjuvant et un aide coagulant qui améliore la floculation ainsi que la sédimentation. Elle est produite sur place avec un mélange de 10,6 l de silicate de sodium et de 2,8 l d’aluminate (agent activant) dans un réservoir de mélange muni d’un agitateur. Elle est injectée dans la chambre de mélange par une pompe à diaphragme servant au dosage de réactifs liquides.

Polymère
Il s’agit d’un produit minéral ou organique destiné à favoriser la floculation des matières préalablement coagulées présentes dans une eau à traiter. Ses avantages sont une amélioration de la qualité de l’eau filtrée, une réduction du volume de boues, une augmentation du cycle de filtration et du taux de filtration, une diminution des coûts des produits chimiques et une augmentation de la capacité de la station. Il est injecté dans la chambre à mélange par une pompe à diaphragme servant au dosage de réactifs liquides.


3. La filtration (filtres gravitaires)

Arrivé à ce stade, l'eau qui est encore un peu trouble par la présence de matières en suspension est filtrée par son passage à travers des couches de matériaux divers.

L'eau étant clarifiée dans les décanteurs passe à travers deux filtres de type Aquazur V, qui ont une capacité totale de 9 500 m3 / D (2 000 000 gal Imp./D ), composés de gravier, de sable et de charbon (anthracite).

Ces filtres ont pour but de retenir les fines particules qui ne se sont pas déposées lors de l’étape de la décantation. On obtient alors une eau limpide. L'eau est maintenant prête pour l'étape suivante : la désinfection.

Afin de déloger les particules qui sont demeurées prisonnières dans le lit, un lavage des filtres s'effectue à contre-courant en envoyant un débit d'eau de bas en haut.


4. La désinfection

Oxydants : chlore et ozone.

L’Oxydation
Les eaux à traiter contiennent beaucoup de matières organiques ou encore de l’ammoniaque, du fer ou du manganèse. L’oxydation est donc nécessaire.

On utilise pour cela des oxydants qui sont le chlore et l’ozone. Le chlore possède de remarquables propriétés désinfectantes et est également un oxydant puissant. Il est moins coûteux et d'un emploi plus simple que l'ozone. Son effet est, en outre, plus durable.

Le chlore est utilisé à trois reprises au cours du processus de traitement de l'eau. Il permet d’éliminer plus facilement les substances nuisibles au cours des étapes dites de clarification, filtration et distribution.

Un premier point d’injection, que l’on nomme « pré-chloration », est effectué juste à la sortie des décanteurs. Un deuxième point d’injection, que l’on nomme « inter-chloration », est appliqué après la filtration. Enfin, une troisième et dernière application (pour la sécurité sur le réseau), la post-chloration, est effectuée lorsque l'eau traitée quitte l'usine, afin de préserver une bonne condition de l’eau lorsqu'elle circule dans le réseau de distribution.

Chlore gazeux (Cl2)
Ainsi, l’ajout du chlore dans l’eau permet de réduire les risques de maladies transmises par l’eau.

Les chlorinateurs qui fonctionnent entièrement sous vide permettent d'injecter directement le chlore gazeux dans l'eau. À la sortie du chlorinateur gazeux, une solution d’eau fortement chlorée est ensuite transportée vers son point d’injection dans le procédé. Il faut aussi remarquer que l’addition de chlore gazeux cause une diminution du pH.

Ozone (O3)
(Salle d’ozone et les composantes)

La salle
L'ozonateur (appareil qui sert à fabriquer l’ozone) est installé dans un local spécialement aménagé et réservé à cet effet. L’ozone s’obtient lorsque l’on soumet de l’air propre et soigneusement asséché à l’action d’un arc électrique sous haute tension.

L’ozone est de loin le meilleur oxydant pour le contrôle des goûts et des odeurs ou des couleurs provenant de la dissolution de substances humiques. Il peut s’avérer efficace pour oxyder partiellement la matière organique de l’eau, produisant ainsi des composés biodégradables que la biofiltration est ensuite en mesure d’éliminer. De plus, son utilisation n’entraîne aucune nouvelle odeur.

Ses propriétés sont bactéricides et oxydantes. Ce gaz est fabriqué sur place avec un appareil nommé « ozonateur ». Par contre, l’ozone ne sert que de désinfectant primaire puisqu’il ne peut demeurer en concentration résiduelle suffisante dans le réseau de distribution, comme le chlore. Il faut donc associer au traitement à l’ozone une désinfection secondaire à l’aide de chlore.

L’ozonation ou la préozonation de la plupart des eaux brutes permet de réduire la demande subséquente de l’eau filtrée en chlore. C'est à la sortie des filtres, dans une chambre de contact et à l'aide de diffuseurs installés au fond, que l'on mélange l'ozone à l'eau filtrée.


5. La distribution

Correcteur de pH
Carbonate de sodium (NA 2 CO 3)

L’alcali est un inhibiteur de corrosion qui sert à protéger les canalisations. Il est réactif en poudre et livré sous forme de sacs de 25 kg entreposés sur des palettes de bois dans un endroit sec prévu à cet effet. Lors de la manipulation des sacs, il est important de porter un masque, des gants et une chemise à manche longue. Une ventilation doit aussi être en fonction lors du transfert de la poudre dans la trémie du saturateur. Le produit mélangé à l’eau est injecté dans la canalisation de sortie d’eau potable.

Avant d’être distribuée, l'eau doit être maintenant équilibrée à un pH (potentiel d’hydrogène) neutre d’environ 7. Elle ne doit être ni trop dure ni trop agressive. Le mélange d'eau et de carbonate est préparé dans un saturateur situé dans une petite salle munie d’un ventilateur que l’on démarre lors du remplissage des sacs de carbonate dans la trémie.

L'eau traitée subira donc, à cette dernière étape, une correction du pH et une chloration finale qui protège le consommateur en cas de contamination lors de bris de conduites dans le réseau de distribution. Avec l'ajustement du pH, la dureté et l’acidité de l’eau sont corrigées, et ce, afin de protéger les canalisations de la corrosion.



La distribution vers le réseau
Finalement, l'eau apte à la consommation sera stockée dans le but de satisfaire à la demande.

L'eau traitée est par la suite distribuée sur le réseau de la ville, au moyen de 3 pompes de type vertical de 60 HP et d’une pompe de type horizontal de 50 HP. La pression sur le réseau est maintenue aux alentours de 75 psi. La teneur en chlore résiduel dans l'eau distribuée est en général de 0,1 à 0,2 mg par litre, ce qui correspond à 1 à 2 gouttes de chlore pour 1 000 litres d'eau.

Il est important que ce traitement persiste dans tout le réseau afin qu’aucune bactérie ne puisse se développer dans les canalisations où l’eau peut séjourner plusieurs jours. Donc, pour conserver une bonne qualité d'eau du point de distribution jusqu'au consommateur, il est nécessaire de s'assurer qu'il y ait une concentration suffisante de chlore résiduel.

Réservoir d'eau traitée Ce graphique du système informatique illustre les pompes en fonction et le niveau d'eau dans la réserve.

L'eau peut maintenant être emmagasinée sous l’usine dans ce réservoir d’une capacité de 876 mètres cubes. À ce stade-ci, une petite quantité de chlore résiduaire permettra d’assurer une protection de l'eau contre les contaminants dans la réserve et sur le réseau.


Le laboratoire

Le laboratoire est le lieu où l’on effectue les analyses de l’eau à toutes les étapes du traitement, comme l’eau brute, l’eau décantée, l’eau filtrée ou l’eau distribuée.

Plan d'écoulement L'échantillonnage pour chaque étape du traitement se fait au laboratoire.


Les tests
Turbidité : Caractère d'une eau dont la transparence est limitée par la présence de matières solides en suspension.

Potentiel hydrogène (pH) : Échelle numérique inventée en 1909 par Sorenson (scientifique danois) indiquant l’acidité ou la basicité d’une solution. La valeur du pH se définit de 0 à 14, avec pour référence une échelle logarithmique de la concentration des ions d’hydrogènes dans l'eau. De 0 à 7 les solutions sont acides, à 7 elles sont neutres et entre 7 et 14, elles sont basiques (pH = -log[H+]).

Test bactériologique : Dans l'eau brute, on y retrouve fréquemment des bactéries et des E. coli; des tests bactériologiques s'imposent donc. C'est pourquoi, de manière générale, il faut analyser les eaux avant tout traitement afin de savoir si elles sont potables ou non et après pour évaluer si le traitement est satisfaisant ou pas.

Test de chlore : Afin d’éviter toute autre contamination par les microorganismes entre l’usine et le consommateur, une faible quantité de chlore que l’on appelle « chlore libre » (ou résiduel) doit demeurer présente. C’est pour cette raison que l’on doit effectuer périodiquement des tests de chlore et des échantillonnages sur le réseau et sur les bouts de réseau.

Le niveau de développement bactérien est à son maximum pendant l'été. Par conséquent, une quantité plus importante de chlore est utilisée pendant cette période pour contrôler les niveaux de bactéries.

Règle générale, on tentera de limiter la concentration en chlore libre de l’eau traitée sous une valeur cible de 1 mg/l pour limiter les goûts et les odeurs de cet oxydant.

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