Pourquoi et comment mesurer et échantillonner les boues produites dans les étangs d’épuration ?

Pourquoi et comment mesurer et échantillonner les boues produites dans les étangs d’épuration ?

Pourquoi et comment mesurer et échantillonner les boues produites dans les étangs d’épuration ? Les opérateurs de stations de traitement des eaux usées doivent régulièrement vérifier que le niveau des boues dans les étangs aérés ne dépasse pas la limite recommandée. Cela permet d’assurer un rendement optimal, de respecter la réglementation afférente et surtout les paramètres de design initiaux pour assurer une performance des équipements.

Il suffit d’un seul regard sur une carte géographique du Québec pour comprendre rapidement les choix technologiques des concepteurs québécois en regard du type de système de traitement proposé dans la plupart des villes et municipalités à travers la province.

Dans cet article, vous en apprendrez plus sur :

• Le principe naturel du lagunage
• Étangs aérés ou non aérés
• Mesure du volume des boues dans les étangs
  • Mesurer avec la méthode du disque léger
  • Mesurer avec la méthode de la jauge à boues (sludge judge)
  • Mesurer avec la méthode de la sonde à cellule photoélectrique (détecteur infrarouge, ou sludge gun)
  • Mesurer avec la méthode de mesures au sonar
• Vidange de boues

Le principe naturel du lagunage

Le fonctionnement des étangs municipaux repose principalement sur le procédé de lagunage, phénomène d’épuration se déroulant naturellement dans les étendues d’eau lacustres (lacs, étangs). Or, ces milieux sont favorables à la prolifération de certaines bactéries expertes en dégradation de la matière organique dans l’eau. En reproduisant ces conditions écosystémiques au moyen de l’implantation d’étangs artificiels, il est possible d’exploiter ce précieux potentiel épuratoire au sein des procédés de traitement des eaux usées municipales. Grâce à l’ajout de coagulants, les solides digérés peuvent aisément s’agglomérer et décanter au fond des bassins au terme d’un temps de séjour donné. Ainsi, on retrouve en sortie d’un procédé de lagunage une eau purifiée de plusieurs contaminants indésirables avant son rejet dans les milieux naturels. En addition, la digestion aérobique des bactéries peut être optimisée en injectant mécaniquement de l’air afin d’assurer une quantité adéquate d’oxygène dissous dans le milieu; on parle dans ce cas d’étangs aérés. Il s’agit du type d’installations les plus courantes au Québec. En effet, en raison de sa grande simplicité d’opération et de l’ampleur de l’espace disponible, cette solution est employée pour environ 700 stations d’épuration à travers la province.

Étangs aérés ou non aérés

Le type d’installation appelé les étangs aérés ou non-aérés détient le titre de technologie la plus répandue dans le domaine du traitement des eaux municipales. À titre d’exemple, les stations de type étangs aérés représentaient à eux seuls près de 70 % des stations d’épuration en exploitation au Québec en 2020.

Peu importe leur type, les étangs municipaux doivent être entretenus de façon adéquate dans l’optique du maintien et de l’optimisation de leur efficacité. Car malgré sa grande autonomie, le procédé épuratoire de lagunage génère des sédiments qui s’accumulent au fond des étangs et qui doivent être retirés périodiquement. Pourquoi ? Parce que l’accumulation de boues au-delà d’un certain seuil réduit le temps de rétention des eaux dans les bassins, abaissant ainsi le rendement du procédé de traitement. En addition, le respect de ce seuil permet d’éviter l’entraînement des matières déposées au fond des étangs et assure l’intégrité physique des ouvrages. Par conséquent, si le pourcentage de boues approche 15 % du volume total théorique de l’étang, une vidange est recommandée pour assurer la bonne performance de celui-ci. Au Québec, les infrastructures de traitement des eaux usées municipales sont encadrées par le Règlement sur les ouvrages municipaux d’assainissement des eaux usées (ROMAEU) et par la réglementation du ministère des Affaires municipales et de l’Habitation (MAMH). De ce fait, les municipalités sont tenues de transmettre les données relatives à l’état des installations sur une base régulière aux institutions concernées. Parmi les exigences de suivi, la vérification du facteur d’occupation des boues par rapport au volume total de l’étang (%v/v) n’y fait pas exception et doit être réalisée au moins une fois par trois ans dans des circonstances favorables.

Mesurer le volume des boues dans les étangs

Mesurer le volume des boues dans les étangs est une expertise offerte par Avizo permettant aux villes et municipalités d’atteindre aisément leurs objectifs de suivi en matière de boues d’étangs, par le biais de diverses méthodes. En mesurant la hauteur de boues en plusieurs points cartographiés sur la surface de l’étang, il est possible de calculer le volume utile de boues accumulées en fonction de la géométrie de celui-ci. Qu’il soit rectangulaire (standard) ou parfois circulaire, l’approche demeure la même; il n’est requis que d’adapter le calcul du volume aux mesures de hauteur réalisées. Le MAMH (anciennement MAMROT) a œuvré afin d’élaborer un ouvrage, le Guide pratique de mesure des boues dans les étangs d’épuration (MAMH, 2010), qui demeure à ce jour la référence principale au Québec en matière de mesure de boues. Les différentes techniques qui sont actuellement offertes par Avizo sont les suivantes :

Mesurer avec la méthode du disque léger

Parmi ces techniques, on y retrouve d’abord une approche plus conventionnelle avec l’utilisation du disque léger ou encore avec la jauge à boues. Dans le cas du disque léger, son principe repose sur l’emploi d’un disque disposé à l’horizontale sur la surface de l’eau qui descend doucement et vient se déposer sur le dessus du voile de boues; un ruban à mesurer qui est relié au disque permet la lecture de la hauteur d’eau parcourue par ce dernier. La méthode du disque léger présente d’indéniables avantages au niveau des coûts abordables, mais également en raison de sa bonne précision. Cependant, en raison de sa faible vitesse d’exécution, cette approche est plus souvent employée à titre de redondance de mesures combinées à d’autres méthodes. En effet, en raison de sa faible vitesse d’exécution, cette technique est plus souvent employée en guise de contrôle afin de valider les mesures réalisées par d’autres méthodes.

Mesurer avec la méthode de la jauge à boues (sludge judge)

L’emploi d’une jauge à boues, possiblement mieux connue sous sa nomenclature anglaise sludge judge, figure également parmi les moyens de mesure conventionnels. Cette approche implique l’usage d’un long cylindre transparent, permettant une mesure directe de l’épaisseur de boues ainsi que du surnageant au-dessus de celles-ci. En raison de la maniabilité plus restreinte de l’équipement sur les plans d’eau, cette méthode est mieux adaptée pour les étangs non-aérés de plus petite superficie ou les lagunes peu profondes, de même que pour les mesures à même le bord, comme dans le cas des bassins de sédimentation ou de fosses septiques. Finalement, la jauge à boues est idéale pour les bassins ayant un fond irrégulier, par exemple dans le cas des bassins naturels.

Mesurer avec la méthode de la sonde à cellule photoélectrique (détecteur infrarouge, ou sludge gun)

Un principe semblable s’applique avec l’emploi d’un autre type d’appareil : la sonde à cellule photoélectrique, communément connue sous le nom du détecteur infrarouge ou encore sous sa nomenclature anglaise, le sludge gun. Cette méthode, tout comme celle du disque léger, est dite indirecte, car la hauteur de boues est déduite en soustrayant la hauteur d’eau mesurée au-dessus des boues à la hauteur totale du bassin. En plongeant progressivement la sonde dans l’eau, cette dernière y émet des ondes infrarouges et renvoie un signal distinct en fonction du milieu rencontré. Si le passage des ondes est restreint par un milieu plus opaque, cela signale que la cellule a atteint le voile de boue et la hauteur d’eau peut être connue. Cette méthode accélère la prise de mesures et offre un rendement précision/coût intéressant.

Mesurer avec la méthode de mesures au sonar

Une autre approche prisée au Québec est la méthode de mesures au sonar. Cette technique permet de déterminer directement la profondeur à laquelle se trouve le voile de boues grâce à une sonde émettant un signal haute-fréquence qui est réfléchi par le voile de boues. La profondeur de celles-ci est par la suite calculée en continu à mesure que le sonar, fixé à une embarcation, circule sur la surface des étangs. Lorsqu’il est requis de cartographier un plus grand nombre de points, par exemple dans le cas des étangs de plus de 5000 m², le sonar devient une option très pertinente en raison de l’important gain de temps engendré. De plus, l’emploi du sonar permet d’obtenir des résultats plus détaillés du niveau des boues dans l’étang et ainsi d’évaluer avec une meilleure précision le volume qu’elles occupent.

Vidange de boues

Finalement, si la vidange des boues doit être réalisée, les exploitants se retrouvent avec une importante quantité de matière qui doit être soit disposée ou valorisée. La qualité des boues doit donc être analysée tous les 3 ans et pendant l’année précédant une vidange afin de vérifier les options disponibles pour la gestion de cette matière. De façon générale, l’échantillonnage des boues d’étang est réalisé en un minimum de 5 prélèvements répartis à l’intérieur de chaque étang et homogénéisés pour obtenir un seul échantillon composé représentatif qui sera soumis aux analyses en laboratoire. La valorisation agricole des boues en tant que matière résiduelle fertilisante (MRF) est une option très intéressante d’un point de vue monétaire et environnemental. Dans ce contexte, il est toutefois primordial de suivre les exigences du Guide sur le recyclage des matières fertilisantes en ce qui concerne la méthode d’échantillonnage et les paramètres d’analyse. Autrement, les boues doivent être acheminées vers un lieu d’enfouissement sanitaire, et les paramètres relatifs au Règlement sur les matières dangereuses (RMD) ainsi qu’au Guide d’application du Règlement sur l’enfouissement et l’incinération de matières résiduelles (REIMR). À noter que bien que cette solution soit moins restrictive, elle s’avère toujours plus coûteuse.

Avizo offre les services de la mesure de boues, l’échantillonnage standard et accrédité DR-12-MRF-02 ainsi que la préparation des documents d’appel d’offres pour la vidange et la disposition. Contactez nos professionnels dès aujourd’hui pour obtenir une soumission.

RÉFÉRENCES

• https://www.environnement.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/domestique/Chap6.pdf
• https://www.environnement.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/ouvrages-municipaux/bilan-performance-omaeu-2020.pdf
• https://collections.banq.qc.ca/ark:/52327/bs1988851
• https://www.legisquebec.gouv.qc.ca/fr/document/rc/q-2,%20r.%2034.1
• https://www.environnement.gouv.qc.ca/matieres/mat_res/fertilisantes/critere/guide-mrf.pdf