ÉQUIPEMENT DE PROCÉDÉ FICHE D INFORMATION TECHNIQUE

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1 ÉQUIPEMENT DE PROCÉDÉ FICHE D INFORMATION TECHNIQUE Réacteur biologique à garnissage en suspension (RBGS) Ecoprocess TM MBBR Domaines d application : Niveau de développement : Commercial, institutionnel et communautaire Standard Février 2014

2 1- DONNÉES GÉNÉRALES Nom de l équipement de procédé Réacteur biologique à garnissage en suspension (RBGS) Ecoprocess TM MBBR Cadre juridique régissant l installation de l équipement de procédé Chaque installation nécessite une autorisation préalable du ministère du Développement durable, de l Environnement, de la Faune et des Parcs en vertu de l article 32 de la Loi sur la qualité de l environnement. Nom et coordonnées du fournisseur Premier Tech Aqua 1, avenue Premier Rivière-du-Loup (Québec) G5R 6C1 Personne-ressource : Mme Marie-Christine Bélanger, ing., M. Sc. A. Tél. : Téléc. : Courriel : belm2@premiertech.com Site Web : 2- DESCRIPTION DE L ÉQUIPEMENT DE PROCÉDÉ Généralités Le réacteur biologique à garnissage en suspension Ecoprocess TM MBBR est un équipement de procédé de traitement biologique à culture fixée sur un garnissage immergé qui est maintenu en mouvement dans la masse liquide. La biomasse qui se détache du garnissage est évacuée au fil de l eau. Celle qui s accumule sur le garnissage est mise en contact avec le substrat, les nutriments et l oxygène dissous grâce à l agitation de la masse liquide dans les réacteurs. Le procédé ne requiert pas nécessairement de recirculation des boues en amont de la filière de traitement. Par conséquent, il n exige pas non plus de contrôles particuliers du rapport F/M (DBO 5 C/matières volatiles en suspension) ni de l âge des boues. Un système d aération assure le transfert d oxygène ainsi que le brassage de la phase liquide et du garnissage. Il favorise aussi le détachement de la biomasse produite au cours du processus de traitement. Description détaillée Garnissage Le garnissage est en polyéthylène haute densité, extrudé en forme de rondelle, avec un diamètre extérieur de 18 mm et une épaisseur de 14 mm. Il a une densité nominale de 0,96 et une surface volumique effective minimale de 590 m 2 par mètre cube. Les réacteurs Ecoprocess TM MBBR sont dotés de grilles de retenue du garnissage avec des ouvertures maximales de 10 mm. 2 de 9

3 Aération Chaque bioréacteur est muni d un système d aération à moyennes bulles pour assurer l oxygénation de la biomasse et le maintien en suspension du garnissage. Schéma du procédé Affluent Prétraitement ou traitement primaire Ecoprocess TM MBBR réacteur 1 Ecoprocess TM MBBR réacteur 2 (optionnel) Traitement subséquent Effluent Air Avec garnissage Description de l équipement de procédé évalué au cours des essais expérimentaux Site expérimental Le suivi expérimental a été effectué du 24 octobre 2012 au 4 septembre 2013 à la station expérimentale de Premier Tech Aqua à Rivière-du-Loup. Cette station est alimentée en eaux usées à partir de l affluent prétraité (après le dégrillage et le dessablage) de la station de traitement des eaux usées de la Ville de Rivière-du-Loup. Deux fosses septiques ont été installées en série afin de servir de prétraitement au RBGS Ecoprocess TM MBBR. Chacune d elles avait un temps de rétention hydraulique de 1,6 heure (volume effectif de 6 m 3 et débit appliqué de 92 m 3 /d). À partir du 22 novembre 2012, la première fosse septique a été contournée afin de réduire le temps de rétention hydraulique et d augmenter les charges à l entrée du RBGS Ecoprocess TM MBBR. La filière de traitement était constituée de deux réacteurs RBGS Ecoprocess TM MBBR d un volume liquide individuel de 480 litres chacun. Chaque bassin était rempli de 169 litres de garnissage, ce qui donne un taux de remplissage de 35 % et une surface effective de garnissage de 99,7 m 2. L aération des réacteurs était assurée par des diffuseurs d air à moyennes bulles. Le taux d aération maintenu dans l installation pilote était de 27,7 Nm 3 /h dans le premier réacteur et de 19,1 Nm 3 /h dans le second réacteur. Les bioréacteurs étaient alimentés par doses à l aide d une station de pompage située en aval des fosses septiques. Les temps de marche et de repos des pompes étaient constants et minutés tout au long de la journée. Ceux-ci ont été modifiés à quelques reprises durant les essais. Les valeurs de débit moyen, minimal et maximal sont présentées au tableau de la page suivante. Le débit horaire dans les bioréacteurs ne changeait pas au cours d une journée et le débit journalier a été maintenu constant durant les essais. Ainsi, à défaut d avoir des données de suivi sur la performance de la filière de traitement à des débits plus élevés, le débit journalier observé de 2,62 m 3 /d doit être considéré comme un débit journalier maximal à ne pas dépasser afin de respecter les limites de rejet (LRMA, LRMS et LRMP) indiquées dans la présente fiche d information. 3 de 9

4 Description et taux de charge observés lors des essais expérimentaux RBGS Ecoprocess TM MBBR Nombre de réacteurs en série : 2 Temps de rétention hydraulique correspondant au débit moyen lors des essais : 8,8 h au site des essais (4,4 h par réacteur) Taux du remplissage de garnissage lors des essais : 35 % du volume de chaque réacteur Charge appliquée lors des essais : Taux de charge organique superficielle moyen : 2,8 g DBO 5 C/d par mètre carré de garnissage sur le premier réacteur et 1,4 g DBO 5 C/d par mètre carré de garnissage sur les deux réacteurs Charge organique soluble superficielle moyenne : 1,7 g DBO 5 C soluble /d par mètre carré de garnissage sur le premier réacteur et 0,85 g DBO 5 C soluble /d par mètre carré de garnissage sur les deux réacteurs Charge appliquée favorable à la nitrification lors des essais : Charge organique soluble superficielle moyenne : 0,85 g DBO 5 C soluble /d par mètre carré de garnissage sur l ensemble des deux réacteurs Charge superficielle moyenne en azote ammoniacal : 0,22 g N-NH 4 /d par mètre carré de garnissage sur l ensemble des deux réacteurs Aération : Au cours des essais, la concentration d oxygène dissous moyenne dans le premier réacteur a été de 10,5 mg/l, avec des variations de 5,5 à 16,9 mg/l. Les concentrations dans le deuxième réacteur ont varié de 6,6 à 16,1 mg/l, avec une moyenne de 11,1 mg/l. Les taux moyens d air appliqués ont été de 27,7 Nm 3 /h par mètre cube dans le premier réacteur et de 19,1 Nm 3 /h par mètre cube dans le deuxième. 3- PERFORMANCES ÉPURATOIRES OBTENUES AU COURS DES ESSAIS Durant toute la période des essais, les eaux usées brutes provenaient d un réseau municipal et étaient de nature domestique. Les concentrations observées à l affluent des bioréacteurs (effluent de la ou des fosses septiques) sont les suivantes : 4 de 9

5 Caractéristiques observées à l affluent des bioréacteurs (1) Paramètre moyenne minimale maximale Écart type DCO (mg/l) DBO 5 C (mg/l) DBO 5 C soluble (mg/l) MES (mg/l) Pt (mg/l) 3,2 1,4 13,7 2,3 NTK (mg-n/l) ,1 NH 4 (mg-n/l) 16,4 9,8 25 4,2 Coliformes fécaux (UFC/100 ml) (2) s. o. Température ( o C) 12,0 4,8 19,6 3,9 Débit (m 3 /d) 2,620 2,085 3,070 0,185 (1) Données basées sur 31 résultats d analyse, sauf pour les coliformes fécaux (93 résultats) et la température (59 résultats). (2) Moyenne géométrique. Dans les conditions d application décrites à la section 2, les concentrations obtenues à l effluent du premier bioréacteur au cours des essais expérimentaux sont les suivantes : Caractéristiques observées à l effluent du premier bioréacteur (1) Paramètre moyenne Écart type LRMA (2) LRMS (3) LRMP (4) DCO (mg/l) (5) s. o DBO 5 C (mg/l) (5) s. o. 544 DBO 5 C Imhoff (mg/l) (6),(7) 23 8,7 31 s. o. 38,7 DBO 5 C soluble (mg/l) (5) 8,7 4,5 12,1 s. o. 18,4 MES (mg/l) (5) s. o MES Imhoff (mg/l) (6),(7) 44 12,5 55 s. o. 65 Pt (mg/l) (5) 6,3 6,5 10,2 14,9 20,5 NH 4 (mg-n/l) (6) 4,8 6,2 10,2 12,5 15,7 NO 2 -NO 3 (mg-n/l) 5,7 5,5 s. o. s. o. s. o. Coliformes fécaux (UFC/100 ml) (5) (7) s. o ph 7,0 0,2 s. o. s. o. s. o. Transmittance UV (%) 29,4 13,6 s. o. s. o. s. o. Température ( o C) 11,5 4,2 s. o. s. o. s. o. (1) Données basées sur 31 résultats d analyse, sauf pour les coliformes fécaux (93 résultats), NH 4, NO 2 -NO 3 et transmittance (29 résultats chacun), et la température (59 résultats). (2) Limite de rejet en moyenne annuelle (LRMA) définie selon un percentile de non-dépassement de 99 % avec un degré de confiance de 95 % pour la moyenne de 12 résultats. (3) Limite de rejet en moyenne saisonnière (LRMS) définie selon un percentile de non-dépassement de 99 % avec un degré de confiance de 95 % pour la moyenne de 6 résultats. 5 de 9

6 (4) Limite de rejet en moyenne périodique (LRMP) définie selon un percentile de non-dépassement de 99 % avec un degré de confiance de 95 % pour la moyenne de 3 résultats. (5) Selon une distribution lognormale. (6) Selon une distribution normale. (7) Échantillons du surnageant après une heure de décantation en cône Imhoff. (8) Moyenne géométrique. Dans les conditions d application décrites à la section 2, les concentrations obtenues à l effluent du second bioréacteur au cours des essais expérimentaux sont les suivantes : Caractéristiques observées à l effluent du second bioréacteur (1) Paramètre moyenne Écart type LRMA (2) LRMS (3) LRMP (4) DCO (mg/l) (5) s. o. 265 DBO 5 C (mg/l) (6) s. o. 94 DBO 5 C Imhoff (mg/l) (5),(7) 15,6 7,5 22 s. o. 33 DBO 5 C soluble (mg/l) (5) 5,5 3,6 7,8 s. o. 12,4 MES (mg/l) (6) s. o. 188 MES Imhoff (mg/l) (5),(7) 36 13,7 49 s. o. 70 Pt (mg/l) (5) 2,0 1,14 3,0 3,9 5,0 NH 4 (mg N/L) (6) 0,76 1,36 2,7 3,2 4,0 NO 2 -NO 3 (mg N/L) 16,2 4,3 s. o. s. o. s. o. Coliformes fécaux (UFC/100 ml) (5) (8) s. o ph 7,1 0,2 s. o. s. o. s. o. Transmittance UV (%) 45,5 12,3 s. o. s. o. s. o. Température ( o C) 11,4 4,5 s. o. s. o. s. o. (1) Données basées sur 31 résultats d analyse, sauf pour les coliformes fécaux (93 résultats), NH 4, NO 2 -NO 3 et transmittance (29 résultats chacun), et la température (59 résultats). (2) Limite de rejet en moyenne annuelle (LRMA) définie selon un percentile de non-dépassement de 99 % avec un degré de confiance de 95 % pour la moyenne de 12 résultats. (3) Limite de rejet en moyenne saisonnière (LRMS) définie selon un percentile de non-dépassement de 99 % avec un degré de confiance de 95 % pour la moyenne de 6 résultats. (4) Limite de rejet en moyenne périodique (LRMP) définie selon un percentile de non-dépassement de 99 % avec un degré de confiance de 95 % pour la moyenne de 3 résultats. (5) Selon une distribution lognormale. (6) Selon une distribution normale. (7) Échantillons du surnageant après une heure de décantation en cône Imhoff. (8) Moyenne géométrique. Le Comité d évaluation des nouvelles technologies de traitement des eaux usées (Comité) considère que le calcul des LRMA, LRMS et LRMP n est valable que pour des conditions d application similaires à celles observées lors des essais. 6 de 9

7 4- EXPLOITATION ET ENTRETIEN Un manuel d exploitation et d entretien complet pour l équipement de procédé Ecoprocess TM MBBR (édition du 30 mai 2013) et un guide d entretien des infrastructures et des composantes mécaniques doivent être fournis au propriétaire lors de la mise en service du système. Les recommandations sur l utilisation, l exploitation, l inspection et l entretien des équipements qui proviennent de ces manuels et qui visent à obtenir la performance technologique attendue engagent la responsabilité du fournisseur et de l ingénieur. La performance attendue des bioréacteurs dépend de l utilisation, de l exploitation et de l entretien des équipements. L ingénieur concepteur et l entreprise de fabrication ou de distribution ne peuvent être tenus responsables si le système n est pas utilisé selon les recommandations formulées dans le manuel du fournisseur et le manuel complémentaire de l ingénieur. 5- DOMAINES D APPLICATION Les conditions observées à l installation expérimentale correspondaient aux conditions d essai spécifiées pour les domaines d application suivants : Commercial, institutionnel et communautaire 6- CLASSE DE PERFORMANCE Comme il est indiqué dans le document intitulé Procédure de validation de la performance des nouvelles technologies de traitement des eaux usées d origine domestique préparé par le Comité, aucune classe de performance n est établie pour la performance d un équipement de procédé. La moyenne et l écart type indiqués pour les paramètres de suivi à la sortie des bioréacteurs sont donnés à titre indicatif. Les limites de rejet (LRMA, LRMS et LRMP) indiquent la capacité de l équipement de procédé à respecter les objectifs de traitement ou les exigences de rejet dans 99 % du temps avec un degré de confiance de 95 % pour les taux de charge observés lors des essais. Lorsque cela est applicable, les LRMA, LRMS et LRMP peuvent être comparées aux exigences de rejet édictées par le ministère du Développement durable, de l Environnement, de la Faune et des Parcs et par le ministère des Affaires municipales, des Régions et de l Occupation du territoire pour la sélection des équipements. S il y a lieu, dans le cas de la DBO 5 C, la DBO 5 C particulaire doit être ajoutée à la DBO 5 C soluble pour définir la capacité de l équipement de procédé ou de la chaîne de traitement à respecter une exigence de rejet exprimée en DBO 5 C totale. 7- VALIDATION DU SUIVI DE PERFORMANCE Le Comité a vérifié le rapport d ingénierie de l équipement de procédé qui a été préparé par Premier Tech Aqua suivant les prescriptions du document intitulé Procédure d évaluation de la performance des nouvelles technologies de traitement des eaux usées d origine domestique. 7 de 9

8 Le Comité a jugé que les données obtenues au cours des essais de démonstration effectués à la station expérimentale de Premier Tech Aqua répondaient aux critères d évaluation définis dans les procédures pour la publication d une fiche d information technique de niveau «standard». L équipement de procédé doit être conçu, installé, exploité et entretenu de manière à respecter les performances épuratoires visées. Cette description de performance pourra être révisée, à la hausse ou à la baisse, à la suite de l obtention d autres résultats. La présente fiche d information technique est une description de la performance de l équipement de procédé dans une station existante. Elle ne constitue pas une certification ou une autre forme d homologation. Le Comité ainsi que le ministère des Affaires municipales, des Régions et de l Occupation du territoire et le ministère du Développement durable, de l Environnement, de la Faune et des Parcs ne peuvent être tenus responsables de la contre-performance d un système de traitement d eaux usées conçu suivant les renseignements contenus dans cette fiche d information technique. L entreprise demeure responsable de l information fournie. De plus, les vérifications effectuées par le Comité ne dégagent en rien l ingénieur concepteur et l entreprise de fabrication ou de distribution de leurs obligations, garanties et responsabilités. 8- RECOMMANDATIONS DU FOURNISSEUR Prétraitement et traitement primaire Selon l application visée, le concepteur jugera de la pertinence de prévoir un dessablage ou une décantation primaire. Un dégrilleur sur un tamis d au plus 6 mm doit être prévu pour éviter le colmatage des grilles de retenue du garnissage dans les bioréacteurs. RBGS Ecoprocess TM MBBR Nombre de réacteurs en série : 1 ou 2 La surface spécifique protégée (disponible pour la croissance du biofilm) de garnissage requise est déterminée en calculant le taux de charge organique soluble superficiel (TCO), à l aide de l équation suivante : Surface spécifique totale de garnissage = (DBO 5 C soluble dans l affluent débit moyen de conception)/tco L ingénieur doit fournir des données en DBO 5 C soluble afin d établir la surface spécifique requise et de comparer les résultats présentés dans cette fiche avec les rendements requis pour son projet. La surface spécifique protégée de garnissage requise pour la nitrification est déterminée en calculant le taux de charge en azote ammoniacal superficiel (TCN), à l aide de l équation suivante : Surface spécifique totale de garnissage = (N-NH 4 dans l affluent débit moyen de conception)/tcn Le volume de garnissage requis est obtenu en divisant la surface spécifique protégée de garnissage requise (la plus élevée des surfaces requises pour la DBO 5 C ou pour la nitrification) par la surface volumique effective du garnissage (590 m 2 par mètre cube). 8 de 9

9 Le volume utile du bioréacteur nécessaire est obtenu en divisant le volume de garnissage requis par le taux de remplissage de garnissage sélectionné (en pourcentage). Le taux de remplissage utilisé lors de l essai expérimental était de 35 %, mais il est possible d utiliser un taux variant de 35 à 70 %. Charge appliquée lors des essais : Charge organique soluble superficielle moyenne : 1,7 g DBO 5 C soluble/d par mètre carré de garnissage sur le premier réacteur et 0,85 g DBO 5 C soluble/d par mètre carré de garnissage sur les deux réacteurs Charge appliquée favorable à la nitrification lors des essais : Charge organique soluble superficielle moyenne : 0,85 g DBO 5 C soluble /d par mètre carré de garnissage sur l ensemble des deux réacteurs Charge superficielle moyenne en azote ammoniacal : 0,22 g N-NH 4 /d par mètre carré de garnissage sur l ensemble des deux réacteurs Note : Pour les projets nécessitant une nitrification des eaux usées, il faut respecter un ratio de 7,1 mg/l d alcalinité totale sous forme CaCO 3 pour 1 mg/l d azote ammoniacal à nitrifier afin d atteindre les objectifs de rejet. Aération et mélange Mélange : le taux d aération doit être suffisant pour assurer le brassage et un mélange uniforme ainsi que pour maintenir une épaisseur adéquate des biofilms sur les garnissages. Il dépend de la charge à traiter et de la géométrie du système. Oxygénation : minimum de 4 mg/l d oxygène dissous dans l eau. Contrôles et alarmes Alarme de haut niveau dans le bioréacteur Alarmes de défaut de fonctionnement du ou des surpresseurs Contrôle optionnel de la concentration d oxygène dissous pour l optimisation de la consommation énergétique Traitement subséquent Le concepteur doit sélectionner les unités de traitement additionnelles requises selon l application visée. Afin de respecter les exigences de rejet relatives aux matières en suspension à l effluent du système de traitement, un dispositif adéquat pour la séparation des solides et des liquides doit être prévu. Il devient alors essentiel de prévoir les équipements de décantation, de flottation ou de filtration nécessaires. Si une décantation secondaire est planifiée dans le cadre d un projet, il faut prévoir les équipements de décantation nécessaires. Divers facteurs peuvent influencer la performance de ces équipements, surtout s il s agit de petits décanteurs, notamment les processus de dénitrification (surtout lorsque le temps de rétention des boues dans le décanteur augmente), divers problèmes de court-circuitage, etc. Il faut donc prévoir des déflecteurs pour dissiper l énergie à l entrée du décanteur, des déflecteurs de sortie, des systèmes de récupération des écumes, une extraction automatisée des boues à intervalles rapprochés, ainsi que des équipements de dosage de sels métalliques ou de polymères pour faciliter la décantation, le tout selon les règles de l art. 9 de 9