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Étude d’une filière technologique d’épuration des eaux usées domestiques pour les collectivités en milieu nordique (Cas du village de Salluit).

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Benkaraache, Assia (2017). Étude d’une filière technologique d’épuration des eaux usées domestiques pour les collectivités en milieu nordique (Cas du village de Salluit). Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 119 p.

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Résumé

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Le développement des communautés au Nord du Canada suscite de vifs intérêts concernant la protection de l’environnement. À titre d’exemple, nous pouvons citer la gestion des eaux usées domestiques générées par les collectivités en milieu nordique. Un faible pourcentage de ces communautés dispose d’installations de traitement ou de gestion des eaux usées. La majorité des communautés ayant accès à un système de traitement des eaux usées se situe dans le Sud. Étant donné que plusieurs communautés nordiques souffrent de l’absence ou de l’insuffisance de moyens d’assainissement des eaux usées, diverses études ont été réalisées au cours de ces dernières années afin de proposer des solutions économiquement viables. Cependant, en raison des conditions climatiques ou des difficultés d’approvisionnement en matières premières, peu de technologies développées sont actuellement utilisées. La filière technologique proposée dans le cadre de ce projet de recherche est divisée en quatre étapes qui consistent en une décantation primaire, un traitement biologique dans des conditions aérobies, suivi par une décantation et, pour finir, un traitement de boues primaires et secondaires par la technique de gel/dégel. La performance de cette filière a été évaluée à chaque étape, principalement sur la base de l'élimination de la demande chimique en oxygène totale (DCOt) et soluble (DCOs), de la demande biochimique en oxygène (DBO5), des matières en suspension (MES) et des nutriments (azote et phosphore). Des eaux usées synthétiques, ayant des caractéristiques similaires à celles des communautés nordiques, ont été utilisées. La méthode Syntho a permis d’obtenir une eau assez chargée en DBO5 et DCO, similaire à celle retrouvée dans le Nord. Des essais de décantation ont été réalisés avec et sans coagulant. Trois coagulants (alun, sulfate ferrique et chitosane) ont été testés au cours du traitement primaire afin d’évaluer leur capacité à agglomérer les particules colloïdales et à favoriser leur décantation. Le temps de rétention hydraulique (TRH) a été fixé à 30 min pour ces trois tests. D’après les résultats obtenus, l’alun et le sulfate ferrique ont permis d’obtenir des abattements de DCOt de 55% et 59% respectivement, pour des concentrations en coagulant de 50 mg/L, alors que le chitosane n’a pas donné de résultats satisfaisants. Les essais de décantation sans ajout de coagulant ont permis d’obtenir un abattement de la DCOt de 33% avec un TRH de 2 h. L’effluent obtenu après décantation a été envoyé vers un bioréacteur de 3,5 L pour subir un traitement secondaire. Il s’agit d’un procédé biologique avec support de biomasse en suspension. Un support en polyéthylène (Kaldnes K1) a été choisi pour cette étude. Ce procédé a été testé à deux températures différentes, d’abord à 20°C, puis à 4°C avec un TRH de 4 h et une aération de 1 L/min. Les résultats obtenus à 20°C ont montré un abattement de 65 ± 18% pour la DCOt, de 79 ± 7% pour la DCOs, de 70 ± 12% pour les MES, de 54,6 ± 20,5% pour l’ion ammonium (NH4+) et de 12,1 ± 14,7% pour le phosphore total (Ptot). Pour les essais réalisés à 4°C, les résultats obtenus ont montré un abattement de 63 ± 9% pour la DCOt, de 74 ± 11% pour la DCOs, de 45 ± 25% pour les MES, de 91,2 ± 1,9% pour le NH4 et de 12,5 ± 4,8% pour le Ptot. De légères pertes d’efficacité du procédé de traitement biologique ont été observées lors de la diminution de la température de 20 à 4°C, notamment en ce qui concerne l’enlèvement de la DCOt et des MES. Concernant le traitement des boues par gel/dégel, la siccité des boues primaires mesurée initialement était de 20%. Après 1 mois de congélation à -20°C et dégel, la siccité des boues primaires était de l’ordre de 25%. Quant aux boues secondaires, leur siccité était initialement d’environ 18% initialement et de 22% après le traitement par gel/dégel. Pour les boues primaires et secondaires mélangées, la siccité initiale était de 19% et finale de 25%, indiquant que le traitement par gel/dégel permet de concentrer légèrement les boues obtenues au cours des procédés de traitement.

Abstract

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The development of communities in Northern Canada attracted the interest of the population and the government of Canada concerning the protection of the environment. For example, we can cite the management of domestic wastewaters generated by these communities in the north of Canada. Nowadays, a low percentage of these northern communities are connected to facilities allowing the treatment or the management of wastewater. Most of the communities with access to a wastewater treatment system are located in the south of the Northern territories. As many Northern communities suffer from the absence or inadequacy of wastewater treatment plants, many studies have been conducted in the recent years to provide economically viable solutions, as was done in this study. However, due to extreme weather conditions or difficulties in raw materials supplies, none or few of the technologies developed at laboratory scale are currently used. The treatment process developed in the present study consisted on a primary sedimentation followed by a biological treatment conducted under aerobic conditions and a settling. Finally, the sludge produced during the primary and secondary treatment processes are dewatered by freeze-thaw conditioning. The performances of this treatment processes train were evaluated at the end of each treatment step, based on the removal of both total (CODt) and soluble (CODs) chemical oxygen demand, biological oxygen demand (BOD), suspended matter (SM) and nutrients (nitrogen and phosphorous). Wastewaters with similar characteristic of wastewaters produced by communities in the North of Canada were simulated. The Syntho method was used to produce wastewaters highly loaded by organic matter, with concentrations of COD and BOD similar to those measured in wastewaters produced in the North of Canada. Decantation experiments were performed in the presence or in the absence of coagulants. Three different coagulants (alum, ferric chloride, chitosan) were tested during the primary decantation to evaluate their capacities to agglomerate colloids and therefore enhance their decantation. The hydraulic retention time (HRT) was fixed at 30 min. According to our results, the use of alum and ferric sulfate (50 mg/L) allowed the removal of 55% and 59% of CODt, respectively, whereas the use of chitosan did not show good results. The decantation experiments performed without any coagulant allowed the removal of 33% of CODt after 2 h of settling. The effluent emerging from the primary decantation was then transferred to a 3.5 L bioreactor to be treated using a biological process with suspended biomass support. Kaldnes K1 support, made in polyethylene, was used in the present study. This biological process was tested at two different temperatures (first at 20°C and then at 4°C) with a HRT fixed at 4 h and an aeration fixed at 1 L/min. Our results obtained at 20°C showed removal yields reaching 65 ± 18% for the CODt, 79 ± 7% for the CODs, 70 ± 12% for the SM, 54.6 ± 20.5% for the ammonium and 12.1 ± 14.7% for the phosphorous. For the experiments carried out at 4°C, removal yields reaching 63 ± 9% for the CODt, 74 ± 11% for the CODs, 45 ± 25% for the SM, 91.2 ± 1.9% for the ammonium (NH4+) and 12.5 ± 4.8% for the total phosphorous (Ptot) were achieved. Low losses of efficiencies were observed for the removals of DOCt and SM with the decrease of the temperature from 20 to 4°C. The freeze-thaw experiments showed that the primary and secondary sludge initially contained 20% and 17% of total solids, respectively. After one month of freezing at -20°C, the primary and secondary sludge contained 25% and 22% of total solids. Freeze-thaw experiments were also conducted on a mix of primary and secondary sludge. Our results highlighted that after one month of freezing, the total solid contents increased from 19% (initial) to 25% (final), indicating that the freeze-thaw conditioning allowed a low concentration of the total solids in the sludge produced during the wastewaters treatment processes train developed in the present study.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Blais, Jean-François
Co-directeurs de mémoire/thèse: Mercier, Guy; El Haji, Mounia
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: eau usée domestique; climat nordique; Nord du Canada; bioréacteur; biomasse en suspension; gel/dégel; domestic wastewater; northern climate; bioreactor; suspended biomass; freeze/thaw; Nunavik;
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 16 févr. 2018 21:17
Dernière modification: 16 févr. 2018 21:17
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6531

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