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Optimisation de la qualité de l'eau d'un bassin zoologique selon une approche multiparamètre

Dumontier, Jocelyn (2010). Optimisation de la qualité de l'eau d'un bassin zoologique selon une approche multiparamètre. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans un contexte où la société prend conscience de son impact sur l’environnement, des mesures sont prises pour réduire les empreintes écologiques tant au niveau individuel que sociétaire. L’eau étant une ressource qui prend de plus en plus de valeur tant au niveau économique que moral, il devient de plus en plus important pour les entreprises d’en réduire leur consommation. Dans le cadre d’une entreprise exploitant un bassin zoologique en circuit semi-fermé, ceci se résume à une minimisation de la consommation d’eau tout en respectant des critères de qualités physico-chimiques et biologiques définis.

L’élaboration d’un modèle de traitement simple comprenant l’ensemble des unités de traitement peut fournir une quantité et une qualité d’information suffisante pour établir des pistes menant à une optimisation de ce système de traitement. La démarche proposée consiste à traiter l’ensemble des contaminants dans un système de traitement de l’eau d’un bassin zoologique comme un flux de matière dont il est possible d’effectuer une approximation de la quantité résiduelle après chaque unité de traitement par une équation du premier ordre.

Cette démarche s’appuie sur le fait qu’il est difficile, lorsque la main d’oeuvre est peu disponible, de contrôler l’ensemble des paramètres pouvant modifier l’équilibre physicochimique et biologique d’un bassin zoologique en circuit semi-fermé.

Les coefficients de traitement empiriques ainsi obtenus pour un scénario défini, permettent d’obtenir une vision systémique intégrée du système étudié en minimisant le temps d’échantillonnage et d’analyses requis.

Dans le cas étudié d’un bassin zoologique où évolue des hippopotames (Hippopotamus amphibius), les paramètres de qualités étudiés sont la concentration d’azote ammoniacal(NH3), la concentration de carbone organique total (COT), la concentration de coliformes fécaux (CF), la concentration d’ozone résiduel (O3), la turbidité, la couleur, la concentration d’orthophosphates (PO43-) et la concentration de nitrites/nitrates (NO2-/NO3-). Le modèle élaboré permet d’affirmer qu’il est impossible avec le système actuellement en place (filtration sur sable, ozonation et adsorption sur charbon actif) d’atteindre les objectifs de qualité dans le bassin zoologique en ce qui a trait à la turbidité (< 0,20 NTU) et à la concentration de coliformes fécaux (< 200 UFC).

La présente étude suggère que le débit de filtration sur sable est critique à l’atteinte de l’objectif de traitement relié à la turbidité. Un redimensionnement à la hausse de 47 % de l’unité de filtration sur sable permettrait d’atteindre cet objectif en moins d’une heure après un événement turbide. Également dans la perspective où des solutions de traitement alternatives seraient envisagées, l’implantation d’un prétraitement à efficacité d’enlèvement de la turbidité moyen de 80 % à fort débit, soit 212 % du débit de filtration sur sable, permettrait d’atteindre la cible. L’objectif de traitement relié à la concentration de coliformes fécaux implique l’implantation d’un prétraitement alternatif possédant une capacité d’enlèvement de 90 % à 3 fois le débit nominal de filtration sur sable.

Dans cette perspective, il pourrait être intéressant d’évaluer des technologies alternatives comme la flottation à l’air dissout (DAF), la préozonation ou la microfiltration, qui peuvent traiter des débits élevés à moindre coût et à faible consommation d’eau. Avec comme optique une minimisation de la consommation d’eau du système, l’ensemble de ces solutions devrait être subséquemment évalué par des essais pilotes et des études économiques appropriées où sont impliqués l’ensemble des intervenants.

Paradoxalement, la dilution de l’eau du bassin zoologique avec l’eau potable du réseau de distribution de la ville à turbidité similaire, ne contribue pas à l’atteinte des objectifs de traitement, et ce, en plus d’augmenter la consommation d’eau. Une réduction directe du taux de changement d’eau quotidien doit donc être préconisée.

Bien que très dépendante du scénario étudié, la démarche utilisée fournit de bonnes pistes d’optimisation dans un contexte où les moyens et l’expertise sont limités. Son application vise également à favoriser les échanges entre les experts, les opérateurs et les gestionnaires; paramètre clé lorsqu’il s’agit d’obtenir des solutions de traitement de l’eau viables, rentables et environnementalement responsables dans la gestion d’un bassin zoologique.

Titre traduit

Optimization of the water quality of a zoological basin with a multiparameter approach

Résumé traduit

In a context where society is becoming aware of its impact on the environment, measures are taken to reduce the ecological footprint at both the individual and societal level. Nowadays, water is a resource that has an increasing economical and moral value. For this reason, it becomes increasingly important for businesses to reduce their water consumption. In the case of a company exploiting a semi-closed circuit zoological basin, this boils down to minimizing water consumption while meeting the predefined physico-chemical and biological quality criterias.

The development of a simple treatment model including all processing units can provide information in sufficient quantity and quality to establish optimizing pathways for the water treatment system. The proposed approach is to treat all contaminants in a water treatment system of a zoological basin as a stream of material from which it is possible to approximate the amount remaining after each processing unit by a first order equation.

This approach relies on the fact that it is difficult when labor is not available to control all parameters that can alterate the physico-chemical and biological equilibrium in semi-closed water treatment circuit. The empirical treatment coefficients thus obtained for a given scenario lead to an integrated systemic overview with minimized sampling and analyzing time.

In the studied case of a zoological basin inside witch evolve an hippopotamus (Hippopotamus amphibius), the quality parameters studied were the ammonia concentration (NH3), the total organic carbon concentration (TOC), the fecal coliform concentration (FC), the residual ozone concentration (O3), turbidity, color, the ortho-phosphate concentration (PO4 3-) and the nitrite / nitrate concentration (NO2 -/NO3 -). The model developed suggest that it is impossible with the current system (sand filtration, ozonation and activated carbon adsorption) to achieve the quality criterias with respect to turbidity (<0.20 NTU) and fecal coliform concentration (<200 CFU).

This study suggests that the sand filtration water flow is critical to achieving the turbidity related goal of treatment. A 47% upsizing of the sand filtration unit would achieve this goal in less than an hour after a turbid event. Also, in the event that alternative treatment options are considered, the goal could be attained with the implantation of a high flow pretreatment (212% the nominal flow of sand filtration) with 80 % average turbidity removal efficiency. The reaching of the treatment objective related to the fecal coliform concentration involves the implantation of a very high flow pretreatment (3 times the nominal flow of sand filtration) combined with a 90 % removal capacity.

In this perspective, it might be interesting to evaluate technologies such as dissolved air flotation (DAF), preozonation or microfiltration; technologies which can handle high flow rates at low cost and low water consumption. With an insight of minimizing system water consumption, all these solutions should be subsequently evaluated by test pilots and appropriate economic studies where all the stakeholders are involved.

Paradoxically, the dilution of the zoological bassin water with the city tap water, which has a similar turbidity value, does not contribute to the achievement of treatment goals and enhance the water consumption level. Hence, a direct reduction in the daily turnover rate of water should be advocated.

Although highly dependent on the scenario studied, the approach used provided good avenues for optimization in a context where resources and expertise are limited. Its application also seeks to foster exchanges among experts, operators and managers; a key parameter in obtaining viable, profitable and environmentally responsible water treatment solutions in the management of a zoological basin.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en ingénierie". Bibliogr. : f. [81]-86.
Mots-clés libres: Eau Qualité Gestion. Jardins zoologiques. Bassin, information, technologies, traitement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Hausler, Robert
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 24 août 2010 15:12
Dernière modification: 18 janv. 2017 22:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/263

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