Base de connaissance | Aération

Que peuvent faire les bulles et les bactéries pour vous?

Le partenariat combiné de micro-organismes bénéfiques, tel que les bactéries, et l’aération, peut traiter rapidement et efficacement certains problèmes graves de qualité d’eau tout en faisant économiser de l’argent aux gouvernements municipaux sur le coût des traitements associés. La hausse des coûts énergétiques est un bon incitatif encourageant les municipalités à réévaluer leur système existant de traitement d’eau pour une meilleure efficacité face aux améliorations des normes de l’industrie.

Les problèmes de qualité d’eau auxquels les municipalités canadiennes doivent faire face

Dans les plans d’eau de la région du Nord, les municipalités canadiennes ont été bénies avec de nombreuses possibilités afin de gérer ces eaux. Les façons sont aussi variées que les types d’eau qui ont besoin d’aide. Des étangs récréatifs urbains, pollués par l’excès d’azote du gibier d’eau, aux bassins de rétention des eaux pluviales avoisinants, pleins d’algues vertes, en passant par les stations d’épuration d’eau, faisant face à des problèmes de corrosion et d’accumulation de graisse, et les projets de compostage pour la gestion des effluents; tous recherchent des solutions efficaces, durables et à moindre coût.

L’effet combiné de l’aération et des bactéries bénéfiques peut aider à réduire la charge des nutriments solubles, à éliminer l’excès de sédiments au fond des lacs, à réduire l’excès de graisse accumulée, à améliorer le taux de transfert d’oxygène, à réduire les odeurs nocives, à améliorer la qualité des effluents et à réduire la consommation d’énergie tout en améliorant l’efficacité des systèmes dans plusieurs types de plan d’eau. Les bulles et les bactéries se joignent et forment un système naturel qui lutte contre nos problèmes modernes, mais parfois ces systèmes doivent subir un examen pour s’assurer qu’ils fonctionnent efficacement et qu’ils accomplissent ce pour quoi ils ont été conçus. Ce qui suit est une discussion sur les diverses composantes d’un système d’aération et les bactéries bénéfiques qui peuvent être utiles pour les gestionnaires d’eau des municipalités.

Aération

Aération de canaux résidentiels avec Tuyau Bulle®Le seul fait d’ajouter de l’air à quelque chose, tel que souffler des bulles avec une paille dans un verre de lait, est un bon exemple d’aération. L’aération est une technologie éprouvée qui s’est avérée efficace dans le monde entier pour apporter de l’oxygène à un plan d’eau. Dans les systèmes de traitement d’eau, l’objectif est de transférer une partie du 21% d’oxygène disponible dans l’air ambiant au niveau des sédiments du fond où celui-ci se disperse dans la colonne d’eau via les bulles, tout en nettoyant les gaz nocifs accumulés. Pour l’amélioration de tout milieu aquatique, l’oxygène dissous dans l’eau est critique pour le maintien du processus de traitement en mode aérobie; les divers processus de traitements biologiques avec micro-organismes, telles les bactéries qui consomment les éléments nutritifs, prospèrent dans les milieux aérobies. Les différents procédés de traitement biologique aérobie utilisés couramment de nos jours, par exemple les boues activées, les filtres et les étangs d’oxydation, fonctionnent sur les mêmes principes fondamentaux de la combinaison de l’oxygène et des bactéries. Ils diffèrent principalement par leurs méthodes de transfert d’oxygène.

Les systèmes d’aération traitent habituellement les eaux de surface ou les eaux de fond. L’aération de surface agite l’eau par divers moyens mécaniques (par exemple, hélices, pales, ou brosses) pour introduire l’air atmosphérique. L’aération par le fond, dont il est question dans cet article, injecte de l’air comprimé par l’entremise de diffuseurs ou autres dispositifs immergés dans la masse d’eau, généralement à partir du fond du bassin. L’aération de surface est considérée moins efficace pour le transfert d’oxygène que l’aération par le fond, où les bulles ont le temps de transférer l’oxygène en remontant le long de la colonne d’eau. Les technologies d’aération de surface créent un fort mouvement d’eau alors que l’aération de fond déplace principalement de l’air, ce qui nécessite beaucoup moins d’énergie en raison de la grande différence de densité entre l’air et l’eau. L’aération de surface peut être plus appropriée dans les applications où les poissons sont présents et où la température de l’eau doit rester stratifiée. Toutefois, la question à se poser est si le système actuel est bien conçu pour les résultats souhaités?  Si l’objectif est de maximiser le taux de transfert d’oxygène, y a-t-il besoin d’agiter l’eau à la surface? Ou est-ce que des bulles remontant doucement à travers la colonne d’eau tout en économisant de l’énergie seraient suffisantes?

La taille des bulles

Fines bulles du diffuseur Tuyau BulleLes bulles ont des propriétés intrigantes comprenant les échanges gazeux avec les fluides environnants, la génération de turbulence mélangeant les fluides et une capacité à influencer les propriétés d’un fluide. La remontée des bulles entraîne l’eau du fond, pauvre en oxygène, à travers la colonne d’eau et jusqu’au contact avec l’air ambiant où un échange de gaz supplémentaire aura lieu. Les bulles qui rompent la tension à la surface de l’eau permettent la libération des gaz créés par la décomposition des sédiments organiques.

Le système de diffusion d’air déterminera la taille des bulles. Depuis la crise de l’énergie du début des années 1970, l’intérêt s’est accru pour la diffusion d’air à travers de fines pores comme système concurrentiel en raison de son haut taux de transfert d’oxygène. Rappelez-vous le verre de lait; faire des bulles avec une grosse paille est très différent que faire des bulles avec un étroit bâtonnet à café qui, comparativement, créera de très petites bulles. La technologie de création de microbulles à partir du Tuyau Bulle® et de nos disques diffuseurs permet un taux plus élevé de transfert d’oxygène puisque des millions de fines bulles vont prendre plus de temps à s’échapper de l’eau tout en offrant une surface beaucoup plus grande pour un même volume total, résultant en un taux plus élevé de transfert d’oxygène. Opter pour la technologie des microbulles peut améliorer le taux de transfert d’oxygène dans un système existant. Le relâchement de ces précieuses bulles par le bon système d’aération vaut la peine d’être évalué avec soin.

Les éléments habituels d’un système d’aération sont les suivants: le compresseur, le tuyau d’amenée d’air comprimé et le Tuyau Bulle® ou les disques diffuseurs. Il y a eu de grandes améliorations à l’ensemble de ces éléments, rendant l’aération d’aujourd’hui plus efficace que jamais!

Compresseurs

Compresseur dans un cabinet CanadianAirIl existe une gamme de compresseurs qui fonctionnent au moyen de diverses technologies et sources d’énergie. La taille du compresseur, le niveau de bruit, la consommation d’énergie, le régime d’entretien, le mode d’installation et l’efficacité varient grandement. Les compresseurs à piston sont les appareils les plus courants disponibles sur le marché, suivi par les compresseurs à vannes rotatives. La bonne sélection du compresseur en fonction de la taille de l’application peut vous sauver des milliers de dollars en coûts d’opération par an. Récemment, une petite installation municipale responsable du traitement des eaux usées par l’aération des effluents de lixiviats avec un système conçu dans les années 1970 a décidé de réévaluer leur système complet puisque les coûts en énergie pour faire fonctionner ce système étaient d’une somme astronomique : 60 000$ par an. Une étude a révélé que le système de compression était beaucoup trop puissant pour l’application. Le système combinait une aération de surface avec des injecteurs à air et il en résultait un taux de transfert d’oxygène beaucoup plus faible que celui désiré. En conjonction avec une étude indépendante qui faisait la collecte de données un bassin à la fois, les responsables ont remplacé le compresseur existant avec deux compresseurs à piston sans huile, à faible consommation électrique, et ils ont changé le système de distribution d’air pour un système utilisant du Tuyau Bulle® lesté. Les frais opérationnels pour le nouveau système devaient être d’environ 10 000$ par an. Le nouveau système sera rentabilisé en moins d’un an grâce aux économies sur les coûts d’opération, et la compagnie s’attend à dépasser le taux de transfert d’oxygène des normes précédentes.

Tuyaux

Le bon tuyau pour transporter l’air comprimé vers le diffuseur doit également être sélectionné, ainsi que la bonne taille pour l’usage requis. Si le tuyau est de mauvaise taille, un volume critique de pression peut être perdu ou provoquer une usure excessive du compresseur en raison de la contre-pression, réduisant ainsi l’efficacité du système. Le tuyau d’aération doit être lesté, durable, flexible (anti-contorsion), capable de résister à des changements de température, facile à installer et exempt de plomb. Pour l’efficacité du système, les tuyaux doivent être inspectés chaque année dans le cadre d’un régime régulier d’entretiens.

Diffuseurs

Le Tuyau Bulle®, en différent formatsL’air comprimé est projeté à travers le Tuyau Bulle® diffuseur linéaire perforé de micro-trous sur toute la longueur du tuyau, qui laisse passer des très fines bulles ou par l’intermédiaire de disques à membrane EPDM souple ou encore par l’intermédiaire de « pierres » à air.  Le Tuyau Bulle® a été conçu par une entreprise canadienne pour répondre aux besoins d’aération pour les applications d’eaux peu profondes, mais il fonctionne aussi très bien dans les applications en eaux profondes.  Il est souple, lesté et peut suivre plusieurs formes, pour suivre le rebord des bassins par exemple.  Les disques diffuseurs doivent être lestés de façon à rester au fond.  Cette technologie est excellente en profondeur, pour les applications escarpées ou lorsqu’une très haute pression est nécessaire.  Les deux technologies de microbulles nécessitent peu d’entretien même si cela peut varier en fonction de la qualité de l’eau.  Les pierres à air sont communes dans les aquariums, les jardins d’eau et les petits projets d’aération.  Plusieurs sont encore en usage dans des projets municipaux même si elles nécessitent un entretien plus régulier en raison du colmatage.

Bactéries bénéfiques

Les poissons et les plantes ne sont pas les seuls organismes qui vivent dans les écosystèmes aquatiques. Les micro-organismes qui habitent aussi ces systèmes comprennent les bactéries, les champignons, les algues, les protozoaires, les rotifères, et d’autres formes supérieures. Une communauté équilibrée de bactéries microbiennes est à la base de la purification naturelle des eaux polluées. Les bactéries bénéfiques sont utilisées en toute sécurité comme ingrédient actif dans de nombreuses industries pour créer du yogourt, du fromage, de la bière, du vin et, en agriculture, elles sont employées pour améliorer l’action des enzymes au niveau racinaire. Dans les systèmes de traitement des eaux usées, les bactéries décomposent les nutriments présents en excès ou les sédiments qui contribuent à la croissance des algues, réduisent la présence d’odeurs nauséabondes, l’accumulation de boues et la turbidité de l’eau. Tout comme les gens prennent du yogourt pour assurer la présence d’une communauté bactérienne optimale pour leur digestion et leur immunité, une municipalité peut ajouter des bactéries bénéfiques sèches ou liquides pour améliorer la capacité d’un écosystème aquatique à gérer l’excès de nutriments.

Certaines bactéries sont expertes pour dégrader la cellulose végétale en dioxyde de carbone, d’autres aident à éliminer les matières en suspension grâce à des bactéries sécrétant des enzymes spécifiques, et d’autres encore peuvent réduire la toxicité des polluants ou les déchets agricoles biodégradables. Naturellement, certaines bactéries se développent dans des conditions aérobies ou anaérobies. Pour celles qui sont expertes dans la décomposition des sédiments organiques accumulés, des conditions aérobies sont souhaitables et c’est pour cette raison que les projets municipaux qui réussissent le mieux à réduire les sédiments, les éléments nutritifs solubles, les odeurs et à clarifier l’eau, sont ceux qui combinent l’aération à l’ajout de bactéries bénéfiques.

Les municipalités peuvent embaucher des spécialistes en aération pour revoir leurs systèmes et procédures existants ou faire le travail à l’interne. La recherche d’information et l’avis d’experts peut vous aider à choisir la meilleure combinaison de bactéries bénéfiques pour un problème particulier et vous aider à décider du meilleur régime de traitement.

Le travail d’équipe est souvent plus efficace que les efforts individuels; bulles et bactéries combinées peuvent être la réponse pour les municipalités désirant améliorer la qualité de l’eau de façon sûre et efficace dans divers types d’applications, tout en améliorant l’efficacité des traitements et en réduisant les dépenses opérationnelles.

Par Christina Ishoj, copropriétaire de Produits Étangs.ca, et Cimon Desforges
Publié en anglais dans le magazine Municipal World, mai 2009