Déphosphatation : technologies pour les résidences isolées

Pour lutter contre la prolifération des algues bleu-vert et limiter l’eutrophisation des cours d’eau, il est essentiel de réduire les rejets en phosphore provenant des eaux usées d’origine domestique. Les résidences isolées en bordure de lacs déjà affectés sont de plus en plus concernées.

À titre indicatif, une liste des lacs affectés est maintenue à jour par le MDDELCC et se retrouve à l’adresse suivante :

http://www.mddelcc.gouv.qc.ca/eau/algues-bv/gestion/index.htm#resultats.

En assainissement décentralisé, il importe de privilégier des technologies passives, à faible coût de capitalisation et qui engendre un minimum de frais d’exploitation et d’entretien: tout un défi lorsqu’il s’agit d’enlever le phosphore dans les eaux usées de résidence isolée. Ainsi, il est hors de question d’utiliser ou d’adapter les technologies conventionnelles employées couramment dans les stations d’épuration municipales. Exit les technologies de coagulation par ajout de sel de fer, d’aluminium ou de calcium. Idem pour l’injection de solution de coagulant avec mélange rapide, floculation et décantation. Ces technologies conventionnelles sont beaucoup trop onéreuses et complexes pour un usage résidentiel.

De nouvelles technologies basées sur trois principes

Pour répondre aux critères de simplicité et de faible coût, les concepteurs de technologie en assainissement autonome des eaux usées ont dû faire preuve d’imagination et d’innovation. Ainsi, trois technologies d’enlèvement du phosphore ont été conçues dont deux sont actuellement commercialisées au Québec. Il s’agit de technologies dont les principes de réaction avec le phosphore sont basés sur l’électrocoagulation, sur la fixation sur des particules d’alumine activée et sur la fixation sur scories d’aciéries.

Électrocoagulation – principe électrochimique

L’électrocoagulation est un procédé électrolytique. Il consiste à générer, dans une chambre de réaction grâce à l’application d’un courant électrique continu à travers une anode sacrificielle composée d’éléments métalliques (soit du fer, de l’aluminium ou du calcium). Les cations métalliques mis en solution dans les eaux usées à traiter réagissent avec le phosphore pour former un complexe solide qui peut décanter dans une zone de séparation liquide-solide. Les boues phosphatées ainsi formées sont pompées du décanteur et stockées dans un réservoir jusqu’à l’élimination finale.

Même très sommaire, l’évaluation des travaux à faire permettra également de mieux bâtir les budgets du programme triennal d’immobilisations (PTI).

Fixation sur particules d’alumine activée – principe physique

Le phénomène physique par lequel un polluant soluble – le phosphore dans ce cas-ci – adhère à la surface d’une matière poreuse adsorbante est appelé adsorption. Le média adsorbant utilisé dans ce procédé est l’alumine activée en granule. Elle se présente sous la forme de particules semblables à des billes de céramique ultra poreuse, et offre une multitude de sites d’accrochage au phosphore présent dans les eaux usées. Le matériau absorbant est chargé en vrac dans un bassin de confinement en béton formant ainsi un filtre passif de déphosphatation à écoulement ascendant.

Fixation sur scorie d’aciéries – principe physico-chimique

Les scories d’aciérie, un sous-produit provenant de la production d’acier, sont mises à l’essai depuis plusieurs années. Elles contiennent une quantité importante de calcium et d’hydroxydes qui permettent de précipiter le phosphore contenu dans les eaux usées résidentielles. Cette technologie est actuellement en développement à l’École Polytechnique de Montréal et a le potentiel d’être adaptée pour un usage en assainissement décentralisé sous forme de filtre passif. Les eaux usées percolent à travers le filtre chargé de scories en vrac, ce qui permet une série de réactions physico-chimiques résultant en la précipitation et la cristallisation du phosphore sous forme stable d’hydroxypatite. Au cours de ces réactions, l’oxyde de calcium est dissous dans les eaux usées, causant ainsi une augmentation du pH qui permet une précipitation efficace du phosphore. Cependant, un rajustement du pH en fin de traitement est nécessaire pour que l’effluent puisse être rejeté dans l’environnement. La filtration sur lit de tourbe est envisagée comme piste de solution.

Des technologies certifiées par le BNQ

À l’heure actuelle, deux technologies sont certifiées par le BNQ. La première, conçue et commercialisée par Premier Tech Aqua (PTA), est l’unité de déphosphatation DpEC utilisant le principe de l’électrocoagulation. La deuxième, développée par Norweco et commercialisée au Québec par Enviro-Step Technologies, est le filtre d’alumine activée PHOS-4-FADE qui fait appel au principe d’adsorption. Bionest Technologies travaille actuellement au développement d’un filtre à scories d’aciéries.

Technologie DpEC – Premier Tech Aqua : l’unité de déphosphatation DpEC est un système d’enlèvement du phosphore comprenant un réacteur primaire et une unité d’électrocoagulation. Ce système peut être suivi, soit d’un filtre à sable spécifiquement dimensionné par PTA, soit d’un filtre Ecoflo® combiné ou non à une unité de désinfection aux ultraviolets DiUV si l’enlèvement des coliformes est nécessaire. 

Le réacteur primaire joue un triple rôle. Il agit comme décanteur primaire pour la sédimentation des particules difficilement ou non biodégradables, il est également un bassin de temporisation et de régularisation du débit et, enfin, il joue le rôle de bassin de stockage des boues produites au niveau de l’unité d’électrocoagulation. Cette dernière est constituée de deux zones distinctes soit la zone de réaction et celle de séparation. La zone de réaction, où sont logées les électrodes, est équipée d’un dispositif de pompage permettant un mélange complet.  La zone de séparation est quant à elle équipée d’un décanteur lamellaire et d’une pompe de soutirage des boues avec retour vers le réacteur primaire.

Technologie PHOS-4-FADE – Norweco : le filtre de déphosphatation PHOS-4-FADE utilise les propriétés d’adsorption de l’alumine activée afin de retirer passivement le phosphore contenu dans les eaux usées. Il doit être précédé du système de traitement secondaire avancé Hydro-Kinetic de Norweco, dont l’effluent est dirigé vers le réservoir de béton contenant le matériau filtrant PHOS-4-FADE où s’effectue ne filtration passive gravitaire.

Comme il s’agit d’un procédé physique et non chimique, le filtre ne génère pas de boue ni ne requiert d’électricité pour son fonctionnement.

Un suivi environnemental exigé

Le règlement provincial Q-2, r.22 encadrant l’installation et l’exploitation de dispositifs d’épuration des eaux usées pour résidences isolées exige une inspection bisannuelle de tous les systèmes de traitement tertiaire avec déphosphatation. Cette inspection doit minimalement inclure  un échantillonnage de l’effluent pour en vérifier la concentration en phosphore. Habituellement, lors de la visite du professionnel, celui-ci fera une vérification complète des composantes du système et s’assurera de son bon fonctionnement.

Conclusion

Évidemment, chacune de ces technologies a des avantages et des inconvénients : frais énergétiques, gestion des boues, remplacement et disposition des matériaux. De plus, pour chacune d’elles, il faut prévoir des frais d’inspection annuel et des frais d’analyse pour le contrôle de la qualité de l’effluent.  Cependant, un point commun les rassemble : elles offrent une solution de rechange aux propriétés en bordure d’un lac qui, auparavant, devaient s’en remettre à une installation de type « vidange périodique » ou « vidange totale » pour permettre une mise aux normes de leur installation septique. Ces derniers choix sont très coûteux en frais d’exploitation et d’entretien à long terme et ils altèrent considérablement la valeur foncière de la propriété concernée. De plus, ces nouvelles technologies permettent la construction de nouvelles propriétés sur des terrains en périphérie de lacs qui étaient auparavant classés comme étant non constructibles (en raison de leur faible superficie, de la nature des sols inadéquate, etc.).

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