Usine de production de Lutry

Usine de production de Lutry

En août 2000, mise en service et en exploitation de la nouvelle usine de production de Lutry, pour une capacité de 30 000 litres/minute (ou 0.5 m 3 /s). En octobre 2002, mise en service et en exploitation de la seconde étape des équipements de filtration augmentant la capacité de production à 48 000 litres/ minute (ou 0.8 m 3 /s). Le 29 novembre 2001, mise hors service définitive de l ancienne station de pompage de Lutry, dont la capacité de production était de 43 000 litres/minute (ou 0.72 m 3 /s). sommaire 04-05 L usine de traitement de l eau 06-07 La qualité de l eau 08-09 La prise d eau brute 10-11 Les préfiltres 12-17 La filtration membranaire 18-19 La désinfection 20-21 La station de pompage 22-23 Le traitement des eaux de lavage 24-25 En conclusion 26- / Principaux participants à la conception et à la construction

L usine de traitement de l eau Eau de rétrolavage En 1931, à la suite de la pénurie d eau des années sèches de 1928 et 1929, la Ville de Lausanne décide de construire une usine de filtration et de pompage à Lutry. Cette usine, mise en service en 1932, est agrandie en 1952. Après quasi septante ans d activité, ses équipements sont obsolètes. En 1990, un premier projet de construction d une nouvelle usine avec une chaîne de traitement d eau classique est lancé. En cours d étude, de nouvelles technologies prometteuses commencent à émerger. Le projet est revu et des variantes chiffrées sont proposées. En 1997, le choix se porte finalement sur une chaîne de traitement utilisant le procédé de filtration membranaire par ultrafiltration. Cette solution offre une garantie de qualité de l eau produite conforme aux nouvelles normes et exigences européennes. De plus, elle réduit considérablement le volume construit. Le Conseil communal de Lausanne, dans sa séance du 3 juin 1997, accorde à la Municipalité un crédit de 64.4 millions de francs par l adoption du préavis pour le remplacement des moyens de production d eau à Lutry, la construction d une conduite de refoulement entre Lutry et La Croix-sur-Lutry et d un réservoir avec une station de pompage à La Croix-sur-Lutry. Dans ce montant 40 millions sont prévus pour l étude et la construction d une nouvelle usine de production d eau à Lutry. La chaîne de traitement de la nouvelle usine comprend une préfiltration, une filtration membranaire et une désinfection finale. Le débit actuel est de 48 000 litres/minute (0.8 m 3 /s). Les structures de génie civil, en l état actuel de la technique, sont dimensionnées pour un débit de production de 90 000 litres/minute (1.5 m 3 /s) de même que les équipements hydrauliques. L ensemble de l usine est géré de manière automatique. TRAITEMENT DE L EAU Blocs d ultrafiltration Eau traitée Pompes haute pression Eau de rétrolavage CAB * Pompes de rétrolavage L usine est souterraine et recouverte de vignes, pour tenir compte des contraintes liées à l environnement du territoire et en particulier pour préserver le site historique de la tour de Bertholod. Lac Préfiltres Silo Eau brute à charbon Pompes de gavage Galerie * Chaudron antibélier La Croix Montalègre Montétan Chambre Buche 04 05

La qualité de l eau Caractéristiques de l eau du lac L eau traitée est prélevée à une profondeur de 60 m. C est une zone peu influencée par les fluctuations saisonnières, d où une température relativement constante tout au long de l année. Les composants principaux de l eau se répartissent en : éléments physiques naturels tels que matières en suspension, boues, limon ; substances chimiques naturelles telles que l oxygène dissous, la dureté, les sels dissous comme le calcium, magnésium, sodium, potassium, chlorures, sulfates ; substances chimiques provenant de rejets humains, agricoles ou industriels. Parmi ces derniers on trouve des substances aux propriétés fertilisantes comme l ammonium, les nitrites ou les nitrates, de même que le phosphore provenant des lessives, engrais ou matières fécales. Mais on trouve également parfois des composés toxiques en très faible quantité comme les métaux lourds, les pesticides, les hydrocarbures, etc. L eau contient également toute une partie d éléments vivants tels que les algues, le plancton (végétal ou animal), les bactéries et les virus. Tableau des principales caractéristiques physico-chimiques : Paramètre Unité Lac Léman Turbidité FTU 1.5 Température C 6.4 ph 7.7 Conductivité à 25 C μs/cm 270 Dureté totale français 14.5 Calcium (Ca) mg/l 47.6 Magnésium (Mg) mg/l 6.4 Sodium (Na) mg/l 6.5 Potassium (K) mg/l 1.6 Hydrogénocarbonates mg/l 108.6 Sulfate (SO4) mg/l 8.8 Chlorure (Cl) mg/l 48.9 Nitrate (NO3) mg/l 2.6 Nitrites (NO2) mg/l 0.003 Phosphates (PO4) mg/l 0.023 COT mg C/l 0.9 Oxygène dissous mg/l 20.3 Mesures en continu de la qualité de l eau Des appareils de mesure analysent en continu les caractéristiques de l eau brute prise à l entrée de l usine et de l eau traitée à la sortie des blocs d ultrafiltration. Pour l eau brute, il s agit des mesures de paramètres suivants : carbone organique total (COT), turbidité, température, ph, extinction UV. Pour l eau traitée : chlore résiduel, ph, comptage de particules, turbidité, extinction UV. Station de mesure en continu Qualité de l eau traitée A la sortie de l usine, la qualité de l eau répond aux exigences fixées au niveau suisse par la Loi sur les denrées alimentaires, et au niveau européen par la directive «Eau potable». Notre laboratoire effectue régulièrement des contrôles dans le but de garantir au consommateur une eau potable irréprochable. 06 07

La prise d eau brute L eau brute est puisée à 460 m au large de la rive et à 60 m de profondeur à travers une crépine d aspiration en treillis d acier inoxydable dont les mailles ont 10 mm de côté. Elle repose par 70 m de fond et mesure 10 m de haut, permettant ainsi de prendre l eau en profondeur sans pour autant ramasser le limon du fond du lac. L eau brute est amenée par une conduite en polyester renforcé de fibres de verre de 1.40 m de diamètre. Cette conduite passe dans une parcelle privée puis plonge sous la route cantonale et l ancienne usine dans une galerie dont le point bas est situé à 10 m sous le niveau du lac. L alimentation de l usine se fait donc selon le principe des vases communicants, sans siphon. Une chambre contenant les vannes de sectionnement permettant d isoler l usine du lac termine la galerie du côté lac. L eau du lac est amenée dans deux cuves d eau brute d un volume de 500 m 3 chacune. Les cuves d eau brute sont équipées d un système d injection de charbon actif en poudre (CAP) alimenté par un silo de 80 m 3 de contenance. Le brassage et la mise en contact du CAP sont assurés par des rampes de buses installées à l intérieur de chaque cuve. Ce brassage n est actif qu en cas d injection de CAP. L adjonction de CAP permet de piéger par adsorption la matière organique dissoute ou d autres produits liés à une pollution de l eau de lac. localisation sur plan au 2 e sous-sol Un collecteur de gavage en polyester renforcé de fibres de verre de 1 m de diamètre relie les cuves d eau brute et alimente par gravité les 5 pompes de gavage et les 2 pompes de brassage. Chaque pompe de brassage est affectée à une cuve d eau brute. Chaque pompe de gavage à débit variable alimente un préfiltre puis un groupe de 3 blocs d ultrafiltration. Collecteurs de sortie des cuves d eau brute et pompes de gavage 08 09

Les préfiltres Les préfiltres permettent de protéger l entrée des fibres des membranes d éventuelles obturations dues à de grosses particules en suspension. Leur seuil de coupure est de 130 microns. Les 5 préfiltres sont constitués de 7 marmites contenant chacune 5 tassaux de 250 disques à filtrer, empilés et comprimés par des ressorts. Chaque marmite se lave individuellement et successivement sans interruption de la production. La commande de rétrolavage des préfiltres se fait soit sur la durée réglable jusqu à 600 minutes, soit sur détection d une perte de charge importante signifiant le colmatage, mesurée par la différence de pression entre l entrée et la sortie. Réglable, ce seuil de perte de charge est actuellement fixé à 1 bar. Durant le rétrolavage, la pression de l eau de lavage (3.5 bars) écarte les ressorts, libère les disques et pulvérise entre ceux-ci l eau de l intérieur vers l extérieur. LA CROI MONTETAN localisation sur plan au 1 er sous-sol STEP Préfiltres Bloc de préfiltres STEP 10 11

La filtration membranaire Elle consiste à clarifier et à décontaminer l eau (élimination des bactéries et virus) en la faisant passer au travers de membranes perméables à l eau mais qui retiennent toutes les particules de taille supérieure à la plus grande dimension des pores. Cette dimension définit le type de filtration (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, osmose inverse). Une membrane est une paroi qui oppose une résistance au passage des différents constituants de l eau. Elle est perméable aux molécules d eau, mais retient toutes les particules de taille supérieure à la plus grande dimension de ses pores. La dimension des pores d une membrane définit son seuil de coupure. Pour l usine de Lutry, le choix s est porté sur le procédé d ultrafiltration au travers de fibres d acétate de cellulose creuses à peau interne dont le seuil de coupure est de 0.01 micron. La membrane se trouve sur la face intérieure d un tube comportant un trou de 0.9 mm de diamètre et une paroi d environ 0.2 mm d épaisseur. Environ 18 000 fibres sont groupées en faisceau dans un module qui représente ainsi une surface filtrante de 64 m 2. 44 modules sont groupés en un bloc d ultrafiltration. Le débit de chaque bloc, dépendant de la qualité et de la température de l eau brute, peut atteindre 220 m 3 /h. La pression de filtration, ou pression transmembranaire, varie entre 0.3 et 0.6 bar selon le débit et la perméabilité. 15 blocs de 44 modules d ultrafiltration assurent une production totale de l usine de 0.8 m 3 /s ou 48 000 l/min dont il faut soustraire environ 15% d eau d exploitation pour le cas d un débit maximum. L exploitation normale sur une année montre que l eau d exploitation représente 17% de la production des membranes. localisation sur plan au rez Blocs d ultrafiltration membranaire 12 13

La filtration membranaire MEMBRANE Types de filtration et tailles des particules retenues Diamètre : 0.9mm Eau brute Entrée d eau brute Diamètre : 30cm Eau ultrafiltrée MODULE Eau ultrafiltrée La membrane clarifie et désinfecte l eau, piégeant les virus et les bactéries en une seule opération purement mécanique, ce qui réduit d autant le recours à des produits chimiques. Carter Grille Résine Fibres Sortie du concentrat 14 15

La filtration membranaire Filtration frontale Filtration frontale Selon la qualité de l eau brute, la filtration peut se faire en deux modes de fonctionnement différents. Pour une eau peu chargée, ne nécessitant pas d adjonction de CAP, on choisit le mode de filtration frontale. La pompe de gavage assure seule l alimentation du module. L eau est pompée dans le volume intérieur des tubes support de la membrane et passe perpendiculairement à travers la membrane. A ce jour, c est le mode de fonctionnement utilisé. Pompe gavage Préfiltre 130µm Dans le mode de filtration tangentielle, une pompe de recirculation assure une vitesse de l eau tangentielle à la membrane. Le débit de gavage de la boucle est égal au débit de production. Le colmatage du filtre augmente la pression transmembranaire qui est compensée par un pompage plus puissant. Les particules emmenées par le flux ont une action abrasive sur la matière colmatante déposée sur la membrane. Le mode tangentiel permet de ralentir le colmatage de la membrane pour des débits plus importants ou pour une eau plus chargée. Ce mode est plus dispendieux en énergie. A ce jour, le mode de filtration tangentielle n est quasiment pas utilisé. Filtration tangentielle Filtration tangentielle Pompe recirculation Les particules accumulées sur la membrane forment un dépôt appelé gâteau qui est périodiquement éliminé par rétrolavage. Le rétrolavage se fait par 14 m 3 d eau pompée à l aide de 2 pompes commandées alternativement et dont le débit est de 15 000 l/min à une pression d environ 2 bars. Lors du rétrolavage, l eau traitée est chlorée par une injection d eau chlorée concentrée à 5 mg/l pour assurer une désinfection totale de la membrane. Le rétrolavage est déclenché automatiquement après un temps de filtration déterminé, fixé actuellement à 45 minutes, ou par la détection d un seuil maximum de pression transmembranaire. La durée de rétrolavage d un bloc est d environ 70 secondes. Rétrolavage Pompe gavage Préfiltre 130µm Rétrolavage Rejets C1 2 Au fil du temps, malgré les rétrolavages réguliers, une partie des éléments colmatants s adsorbe fortement dans les pores et contre la membrane. Un nettoyage par lessive avec des produits adaptés aux membranes doit alors être entrepris. Pompe rétrolavage L intégrité des fibres est contrôlée par un test sous pression d air. Les pores de la membrane sont si petits qu une membrane intègre est imperméable à l air. Une fibre défectueuse peut ainsi être identifiée, puis mise hors service par obturation. 16 17

La désinfection Production d eau de Javel et désinfection La désinfection est assurée par l eau de Javel ou hypochlorite de sodium (NaOCl) produite par électrolyse à partir de saumure obtenue par une solution d eau adoucie, de sel en tablettes et de la saumure appauvrie provenant des cellules d électrolyse. LA CROI Le sel utilisé a une très faible teneur de fer et de manganèse. Environ 2 kg/h de sel assurent une production de 1 kg de chlore. La concentration en chlore de l eau de Javel produite varie entre 30 et 35 g/l. Deux réservoirs de 5 m 3 permettent de garantir une réserve de production. Désinfection des membranes La consommation principale d eau de Javel est due à la désinfection des membranes lors des rétrolavages de blocs. Cela représente de 400 à 700 l/j selon le volume d eau produit. MONTETAN localisation sur plan au 1 er sous-sol STEP Désinfection finale L eau traitée est désinfectée par adjonction d eau de Javel jusqu à une teneur en chlore résiduel de 0.1 mg/l avant d être pompée dans les conduites de transport et le réseau de distribution. Selon le volume d eau produit, la désinfection finale utilise entre 150 et 250 l/j d eau de Javel. Emplacement de production d eau de Javel STEP Tableau de régulation de l électrolyseur Mesures en continu du chlore résiduel Une mesure de la teneur en chlore résiduel est faite sur l eau juste avant son arrivée dans la station de pompage faisant partie de l usine. Cette mesure est utilisée par le système de régulation de la désinfection finale. 18 19

La station de pompage La station de pompage comprend 7 pompes qui refoulent l eau en direction des réservoirs de Montétan, Montalègre et La Croix-sur-Lutry. 2 cuves de 1 400 m 3 situées au nord de l usine assurent un volume tampon d eau traitée. Un collecteur double, équipé de vannes de dérivation aux extrémités, permet d alimenter toutes les pompes, même lors de la mise hors service d une cuve. Les moteurs sont alimentés en courant électrique à moyenne tension de 11,5 kv. En plus du refoulement de l eau traitée de Lutry, la station de pompage permet par un système de trois vannes by-pass de transférer de l eau provenant du réservoir de la Croix-sur-Lutry - alimenté par l usine de Bret et par les sources LA CROI du Pays-d Enhaut et du Pont-de-Pierre - vers les réservoirs de Montalègre ou de Montétan. LA CROI MONTETAN localisation sur plan au 1 er sous-sol STEP Station de pompage Pompes de refoulement 20 21 STEP

Le traitement des eaux de lavage Eaux claires Sans utilisation de CAP, les eaux sales provenant des rétrolavages des blocs et des préfiltres sont rejetées au lac après un temps de déconcentration du chlore dans les deux cuves d eau sale d un volume de 400 m 3 chacune. Le volume de ces eaux est important. Dans le cas d une exploitation maximale de l usine, il est d environ 8 600 m 3 par jour. Les eaux chargées provenant des grilles de sol et les eaux neutralisées des lessives sont récoltées dans un puisard puis relevées dans la conduite des eaux usées vers la station d épuration de la commune de Lutry. Avec utilisation de CAP, soit en mode de filtration tangentielle, aucun rejet ne doit partir au lac sans avoir été préalablement traité par la station d épuration de l usine. La chaîne de traitement physicochimique est constituée d une coagulation par injection de chlorure ferrique, d une floculation et d une décantation lamellaire. L eau ainsi clarifiée part au lac. Une herse racleuse de fond récolte les matières en suspension concentrées dans une fosse d où elles sont pompées dans une cuve à boues. Une pompe transfère ces boues à la STEP de Lutry. Dans le cas d une exploitation maximale, le volume des boues dirigées vers la STEP est d environ 30 m 3 par jour. Décanteurs localisation sur plan au rez Coagulant Polymère Décantation Eaux sales Traitement des eaux de rétrolavage avec CAP Coagulation Floculation Recirculation de boues Eaux boueuses 22 23

En conclusion La technique de filtration membranaire pour la production d eau potable est parfois remise en question, essentiellement à cause du coût des équipements relativement élevé, auquel s ajoute celui du remplacement des modules qui ont une durée de vie limitée. On estime que la durée de vie des modules est de quatre à dix ans. Cet inconvénient est contrebalancé par le gain important en surface d implantation et en volume de construction, réduisant considérablement le coût initial de l infrastructure. La surface de terrain utilisée est estimée à la moitié de celle nécessaire pour une usine conventionnelle. Le rendement total de l usine est plus faible que celui d une usine classique. En effet, 17% de la production d eau traitée par l usine de Lutry sont utilisés comme eau d exploitation, alors que cette proportion est d environ 5% pour les usines de Bret et de St-Sulpice. Le rendement est étroitement lié à la nature de la matière organique dissoute ainsi qu au type et au nombre de particules en suspension dans l eau brute. Plus il y a de matières en suspension et plus rapidement les filtres se colmatent, obligeant de fréquents rétrolavages. eauservice est très satisfait du fonctionnement de son usine de Lutry. Elle produit une eau de meilleure qualité qu une chaîne de traitement traditionnelle et le système par modules permet une plus grande flexibilité de production. Usine de production de Lutry A l avenir, l usine de Lutry sera de plus en plus sollicitée, particulièrement pour faire face aux variations de la demande et pour suppléer à la diminution de production des usines de Bret ou de St-Sulpice lors des futurs grands travaux de réfection. De l espace est réservé pour accueillir de nouveaux modules et augmenter ainsi aisément la production totale d eau potable. 24 25

Principaux participants à la conception et à la construction Mandataire général, conception de la chaîne de traitement, étude hydraulique : eauservice, ville de Lausanne Etude géotechnique : BG Bonnard & Gardel Ing. Conseils S.A., Lausanne Excavation : Marti S.A., Lausanne Etude de béton armé : Sabert S.A., Lausanne Béton armé : Losinger S.A. Chaîne de traitement : Degrémont S.A. Station de pompage, conception : eauservice, Ville de Lausanne Réalisation : 1998-2002 Pour plus d information, vous pouvez consulter notre site Internet : www.lausanne.ch/eauservice Des brochures spécifiques concernant d autres aspects de la distribution de l eau sont également à votre disposition. Vous pouvez les obtenir auprès de notre secrétariat. Impressum Rédaction eauservice, case postale 7416, 1002 Lausanne Copyright 2008 eauservice, Ville de Lausanne Réalisation et direction artistique Pixit SA, Lausanne Impression Imprimeries Réunies Lausanne s.a. 26 27

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