Études de cas

Traitements biologiques dans les bassins d’eaux pluviales

Traitement des eaux pluviales municipales

Une ville de l’Ouest Canadien a mis sur pied plusieurs bassins de rétention des eaux pluviales dans le but d’améliorer la qualité de l’eau municipale, préserver l’écoulement naturel de l’eau et atténuer les impacts d’un grand développement urbain. Ces bassins sont également au cœur du développement de la région offrant des qualités esthétiques à la ville ainsi que des services d’irrigation.

Traitements biologiques bassins eaux pluviales  (version 1 page pour impression – PDF)

Définition du problème

En raison des propriétés physico-chimiques des eaux pluviales, il est commun d’observer des problèmes de qualité d’eau lorsque celles-ci se retrouvent dans des bassins avec un grand temps de rétention comme c’est le cas de cette municipalité. Ces problèmes de qualité d’eau sont les suivants :

  • Prolifération de cyanobactéries
  • Ce type de bactéries peut potentiellement produire des neurotoxines qui affecte le système nerveux des animaux lorsqu’ingéré.
  • Aspect non esthétique.
  • Les cyanobactéries apparaissent en raison de la grande quantité d’éléments nutritifs dans les eaux de ruissellement.
  • Demande en oxygène élevée
  • Si le niveau minimal d’oxygène dissous requis n’est pas disponible, des dépôts de sédiments non biodégradé s’accumuleront au fond de l’étang réduisant ainsi le pouvoir de rétention du bassin.
  • Une trop faible concentration d’oxygène dissous dans les bassins est néfaste pour la vie aquatique comme les poissons.
  • Une trop faible concentration d’oxygène dissous dans les bassins provoque la formation de sulfure d’hydrogène (H2S), une molécule formée par les bactéries anaérobies et produisant des odeurs nauséabondes.
  • Accumulation de solides en suspension
  • L’érosion, provenant surtout des zones de constructions autour des bassins de rétention, peut réduire la clarté de l’eau et ainsi augmenter la demande en oxygène.
  • L’accumulation de sédiments au fond d’un bassin réduit son pouvoir de rétention avec le temps.
  • Aspect non esthétique

Traitement

Au total, sept bassins de rétention d’eaux pluviales de la municipalité ont été traités par le Bacterius C et les Bacterius N fournies par Produits Étang.ca. Chacun des bassins a reçu 4 doses de bactéries durant la période estivale du 11 août au 24 septembre. Le dosage des bactéries varie selon la grandeur d’un bassin ainsi que du volume d’eau contenu dans celui-ci. Des échantillons d’eau ont été prélevés avant et après le traitement soit le 7 août et le 7 octobre pour ensuite être analysés par un laboratoire indépendant.

Critères d’évaluation

La municipalité a défini 8 différents critères d’évaluation pour mesurer l’efficacité du traitement des eaux pluviales. Le principal but du traitement était de réduire la prolifération des algues à moins de 5% de la superficie du bassin. Les autres critères étaient les suivants : le pH, le phosphore total (PT), l’azote totale (NTK), la Chlorophylle-a, les matières en suspension (MES), l’oxygène dissous (OD) et la turbidité. Afin d’évaluer le succès des traitements, les 8 différents critères ont été analysés sur des échantillons d’eau à l’entrée et à la sortie des bassins de rétention et ce, avant et après les traitements. La réduction du phosphore total, de l‘azote totale, de la Chlorophylle-a, des matières en suspensions et de la turbidité ainsi que l’augmentation de l’oxygène dissous et le maintien de pH autour de 7 sont des signes de l’efficacité du traitement.Figure 1

Résultats et discussion

Les figures 1 et 2 présentent le résumé des résultats du traitement des eaux pluviales. Les résultats des 8 différents critères d’analyse (paramètres) sont expliqués plus bas.

Prolifération des algues

Un recouvrement des algues de moins de 5% de la superficie des bassins a été observé sur 6 des 7 bassins de rétention après le premier mois et demi de traitement. Le bassin #7, qui ne répondait pas aux standards de qualité, est beaucoup plus petit que les autres bassins et était beaucoup plus recouvert en algues au début du traitement. Cependant, il a montré une réduction de Chlorophylle-a considérable comme il est expliqué plus bas.

pH

Le pH est une mesure qui indique le niveau d’équilibre des acides et des bases dans l’eau. Pour plusieurs procédés biologiques, il est important que le pH se maintienne légèrement supérieur à 7. En général, une acidification de l’eau a été observée entre les affluents et les effluents de tous les bassins sauf pour le bassin #7. En effet, sauf pour ce bassin, le pH se situait autour de 7.65 après le traitement comparé à 9,42 avant celui-ci. Une augmentation de 7.25 à 11.26 a plutôt été observée pour le bassin #7. Le pH étant un paramètre très variable, il est possible que ces dernières valeurs soient des valeurs aberrantes. La réduction moyenne du pH était donc de 0,56% après l’application du traitement alors qu’il y avait une augmentation moyenne de 1.46% avant celui-ci.

Phosphore total

Figure 2

Figure 2 – Percent removal efficiency of the treatment compared to pretreatment. These values represent the negative change between treatments where positive values indicate greater removal and negative values indicate release.

Le phosphore total est un nutriment limitant dans les eaux douces. Moins la concentration de nutriment est grande, moins le potentiel de prolifération des algues est grand. En général, une augmentation du PT a été observée après le traitement excepté pour le bassin #1 où le traitement a provoqué une importante diminution de plus de 300% du PT. Il est peu probable que la cause de cette dernière valeur soit le traitement de bactéries, mais plutôt un facteur externe non contrôlé. La diminution de la concentration du PT a potentiellement été causée par la compétition entre les bactéries et les algues. Les bactéries ont pris le dessus en limitant les nutriments qui eux, limitent la respiration aquatique. La concentration d’oxygène dissous a alors augmenté en empêchant ainsi le chargement en phosphore dans le bassin. Le pourcentage de réduction du PT entre l’affluent et l’effluent a été de 1.55% avant le traitement alors qu’après le traitement une augmentation de 10.68% a été observée.

Azote total

L’azote total, tout comme le phosphore total, est un nutriment limitant dans les eaux douces. Dans tous les bassins, une importante diminution du NTK a été observée entre l’affluent et l’effluent et ce, avant et après le traitement. Ceci signifie que le système dénitrifie naturellement l’eau des bassins. Une diminution de l’azote totale de 29,12% a été mesurée avant le traitement et de 32.44% après celui-ci pour tous les bassins. La température de l’eau étant un facteur limitant pour la dénitrification, celle-ci peut avoir été ralentie par l’eau plus froide enregistrée au mois d’octobre.

Chlorophylle-a

La chlorophylle-a est utilisée comme indicateur de la croissance des algues et de la turbidité de l’eau, car une forte concentration de ce pigment augmente ces deux derniers paramètres. De l’affluent à l’effluent, une augmentation de 39.13% de la chlorophylle-a a été observé avant le traitement pour seulement 11.86% d’augmentation après celui-ci. Ceci signifie qu’il y a eu une réduction de 27.27% de Chlorophylle-a en raison du traitement par les bactéries. Ceci est particulièrement vrai pour le bassin #7, qui n’a pas passé le test du recouvrement des algues à moins de 5% de la superficie du bassin établi par la municipalité. Le niveau de chlorophylle-a a augmenté de 155.02% entre l’affluent et l’effluent de ce bassin avant le traitement, mais a diminué de 42.12% après le traitement. Ceci signifie que le traitement de bactéries a été extrêmement efficace dans ce bassin, même si ce n’était pas visible à l’œil nu.

Matière en suspension

La quantité de matières solides en suspension est un indicateur de turbidité et d’érosion. De l’affluent à l’effluent, il y a eu une augmentation de MES de 10.09% avant le traitement ainsi qu’une réduction de 12.96% après celui-ci. Le bassin #2 n’a pas été considéré pour le calcul puisqu’il présentait une augmentation de MES de 1366.67%. Il n’y a aucune indication que le traitement de bactéries est en cause pour cette grande augmentation, mais plutôt l’érosion des zones de construction autour de ce bassin.

Oxygène dissous

L’oxygène dissous est un conducteur du potentiel d’oxydo-réduction de l’eau, car il entraîne l’équilibre des composés solubles et non-solubles dans l’eau et entre l’eau et le sol. Lors d’une faible concentration en oxygène dissous, il peut y avoir production de cyanure d’hydrogène et le phosphate inactif peut se lessiver. Dans tous les bassins, la concentration en oxygène dissous était bien au-dessus de 1.5 mg/L. Les résultats ont également démontré une diminution de l’OD après le traitement. En effet, l’OD a diminué de 12.46% à 6.75%. Ceci est probablement dû à une augmentation de la consommation d’oxygène par les bactéries ajoutées ainsi qu’une diminution de l’efficacité de la photosynthèse.

Turbidité

La turbidité est un paramètre esthétique utilisé pour évaluer la clarté de l’eau. Une grande turbidité signifie une faible clarté de l’eau. La turbidité est directement reliée à la chlorophylle-a et à la quantité de MES, ceux-ci bloquant la propagation de la lumière du soleil dans l’eau. La turbidité a augmenté de 12.46% entre l’affluent et l’effluent avant le traitement alors qu’elle a diminué de 6.75% après celui-ci.Aération des eaux pluviales avec Tuyau Bulle diffuseur

Recommandations

Afin de maximiser les traitements d’eaux pluviales dans les bassins de rétention et de s’assurer que les buts de la conception de ces bassins sont rencontrés, il existe plusieurs autres méthodes de traitement qui peuvent être employées. Une méthode qui pourrait augmenter le processus de nitrification, la production de bactéries bénéfiques ainsi que le niveau d’oxygène dissous est d’aérer les bassins par le fond. L’effet visuel instantané de ce traitement serait donc l’augmentation de la turbidité et des matières en suspensions qui est facilement éliminé par l’ajout d’agents floculant comme du calcium ou de l’alun. Ces produits permettent de clarifier l’eau et d’améliorer la qualité esthétique de l’eau.

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