Traitement biologique dans sept bassins d’eau pluviale

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.

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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 des bassins d’eaux pluviales. Ces problèmes de qualité d’eau sont les suivants :

Prolifération de cyanobactéries

  • Ce type de bactéries peut produire des neurotoxines qui affectent le système nerveux des animaux lorsqu’ingérées;
  • Aspect non esthétique;
  • Apparaissent en raison de la grande quantité d’éléments nutritifs dans les eaux de ruissellement.

Aération des eaux pluviales avec Tuyau Bulle diffuseur

Demande en oxygène élevée

  • Si le niveau minimal d’oxygène dissous requis n’est pas disponible, des dépôts de sédiments non biodégradés 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 amphibiens et poissons;
  • L’anoxie (absence l’oxygène dissous) provoque la formation de sulfure d’hydrogène (H2S), une molécule formée par les bactéries anaérobies et produisant des odeurs nauséabondes.

Accumulation de sédiments

  • L’érosion, provenant surtout des zones de travaux autour des bassins de rétention, réduit la clarté de l’eau et augmente la demande en oxygène;
  • L’accumulation de sédiments au fond d’un bassin réduit son pouvoir de rétention avec le temps;
  • Eau trouble: aspect non esthétique.

Traitement

Au total, sept bassins non-aérés de rétention d’eaux pluviales municipales ont été traités avec Bacterius® C et Bacterius® N fournis 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 a été calculé selon les dimensions et le volume d’eau. Des échantillons d’eau ont été prélevés avant et après le traitement, soit le 7 août et le 7 octobre, pour être analysés par un laboratoire indépendant.

Critères d’évaluation

La municipalité a défini 8 critères d’évaluation pour mesurer l’efficacité du traitement biologique sur les 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 total (TN), 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, pré- et post-traitement.

Les signes de l’efficacité de ce traitement sont:

  • La réduction du phosphore total, de l‘azote total, de la Chlorophylle-a, des matières en suspensions et de la turbidité;
  • L’augmentation de l’oxygène dissous;
  • Le maintien d’un pH autour de 7.

Résultats et discussion

La figure 1 résume les résultats du traitement appliqué aux eaux pluviales; les 8 paramètres mesurés sont discutés plus bas.

Figure 1. Variation des paramètres entre l’affluent et l’effluent du bassin de rétention, Pré- et Post-traitement. Les valeurs sont les moyennes des sept bassins de rétention de la ville.

 

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, était beaucoup plus petit que les autres bassins et était beaucoup plus recouvert d’algues au début du traitement. Cependant, il a montré une réduction de Chlorophylle-a considérable, comme expliqué plus loin.

pH

Le pH est une mesure qui indique les concentrations des acides et des bases dans l’eau. Pour plusieurs procédés biologiques, il est important que le pH se maintienne légèrement supérieur à 7.

Globalement, une acidification de l’eau a été observée entre les affluents (sources d’eau) et les effluents (sorties d’eau) de tous les bassins, sauf pour le bassin #7. En effet, le pH se situait à 9.4 en moyenne avant le traitement, et à 7.6 (plus acide) après le traitement, tandis qu’une augmentation de pH de 7.3 à 11.3 (plus alcalin) a plutôt été observée pour le bassin #7. Il est presque certain que la valeur mesurée post-traitement dans ce bassin est une valeur aberrante, considérant qu’un pH de 11 correspond à une substance corrosive et qu’il est donc très peu probable d’avoir réellement mesuré cette valeur.

La réduction moyenne du pH entre l’affluent et l’effluent était donc de 0.6% avec l’application du traitement, alors qu’il y avait une augmentation moyenne de 1.5% sans le traitement bactérien.

Phosphore Total (PT)

Le phosphore est un nutriment limitant dans les eaux douces. Une faible concentration de phosphore limite le potentiel de croissance des algues.

Globalement, une meilleure séquestration du phosphore total (PT) a été observée avec le traitement de bactéries, excepté pour le bassin #1 où le phosphore a diminué de plus de 300% après le traitement. 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, ont limité la croissance du phytoplancton. Moins de couverture d’algues permet la pénétration de la lumière et la photosynthèse par des organismes sains. La concentration d’oxygène dissous a alors augmenté, empêchant le relargage de phosphore dans le bassin par les sédiments. Le pourcentage de réduction du PT entre l’affluent et l’effluent était de 2% avant le traitement, alors qu’après le traitement le phosphore était réduit de 11% après avoir passé par le bassin.

Azote total (NT)

L’azote, tout comme le phosphore, est un nutriment limitant pour les algues dans les eaux douces. L’azote total (NT) comprend le nitrate, forme assimilée par les plantes, mais aussi les formes toxiques de l’azote telles que l’ammoniac et les nitrites.

Dans tous les bassins, une importante diminution du NT a été observée entre l’affluent et l’effluent et ce, avant et après le traitement. Cela signifie que ces étangs dénitrifiaient déjà l’eau dans une certaine mesure. Il y a eu une réduction de 29% de la NT avant traitement, et de 32% après les traitements. Cette réduction était assez constante dans tous les bassins. Malheureusement, cette mesure ne montre pas comment les formes toxiques de l’azote ont été oxydées en nitrates mobiles non toxiques, ce qui est l’action principale de notre produit Bacterius®.

Chlorophylle-a (Chl-a)

La chlorophylle-a est un pigment dont la mesure est utilisée comme indicateur de la croissance des algues et de la turbidité de l’eau; une forte concentration de Chl-a signifie plus de phytoplancton et une eau plus trouble. Dans les basins à long temps de résidence, on voit normalement une forte croissance des algues.

De l’affluent à l’effluent, une augmentation de 39% de la Chl-a a été observée sans le traitement. En comparaison, la Chl-a augmentait de seulement 12% avec le traitement. Ceci signifie qu’il y a eu une réduction de 27% de Chl-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 d’algues maximal de 5% de la superficie du bassin établi par la municipalité. Le niveau de Chl-a augmentait de 155% entre l’affluent et l’effluent de ce bassin avant le traitement, mais de seulement 42% après le traitement. Ceci signifie que le traitement de bactéries a été extrêmement efficace dans ce bassin, même si ce n’était peut-être pas visible à l’œil nu.

Matière en suspension (MES)

La quantité de matières solides en suspension (MES) est un indicateur de turbidité et d’érosion.

Avant le traitement, les MES augmentaient de 10 % entre l’entrée et la sortie de l’eau. Après le traitement, les MES ont augmenté de 13 % entre l’entrée et la sortie. Cela ne semble pas être un effet statistiquement significatif du traitement. On suppose qu’une grande partie de l’érosion s’est produite après le début du traitement, probablement en raison de la construction.

Oxygène dissous (OD)

L’oxygène dissous (OD) est un facteur du potentiel d’oxydoréduction de l’eau, c’est-à-dire qu’il détermine l’équilibre des composés solubles et insolubles, dans l’eau et à l’interface eau-sol. En cas de faible OD (inférieur à 1,5 mg/L), il peut y avoir production de sulfure d’hydrogène, et le phosphate des sédiments peut être relargué dans l’eau.

Ici, l’oxygène dissous a été mesuré près de la surface de l’étang. Dans toutes les mesures du test, l’OD était bien au-dessus du seuil anaérobie. L’OD de l’ensemble de la colonne d’eau n’a pas été prélevé, il est donc impossible de dire si l’OD au fond de la colonne d’eau diminue ou non en dessous de 1,5 mg/L. Les résultats ont montré une diminution de l’OD avant (+12%) et après (-7%) le traitement. Cela pourrait être dû à une augmentation de l’utilisation de l’oxygène par les bactéries ajoutées ainsi qu’à une diminution de la photosynthèse par les algues.

Turbidité

La turbidité est un autre paramètre esthétique utilisé pour déterminer la clarté de l’eau. Une turbidité plus élevée signifie une clarté de l’eau plus faible. La turbidité est directement liée à la Chlorophylle-a et aux MES, car ces particules masquent la lumière du soleil. Dans nos tests, la turbidité a augmenté de 12 % de l’entrée à la sortie sans traitement, et a diminué de 7 % après, ce qui est cohérent avec les deux autres paramètres et suggère que les bactéries bénéfiques peuvent à elles seules avoir un effet significatif sur la clarté de l’eau.

 

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 soient atteints, il existe diverses autres méthodes de traitement qui peuvent être employées.

Une méthode qui pourrait augmenter l’oxygène dissous, accélérer le processus de nitrification et de séquestration du phosphore, est d’aérer les bassins par le fond.

L’effet visuel instantané de ce traitement pourrait être l’augmentation de la turbidité et des matières en suspensions, qui est résolu par l’ajout d’agents floculants comme par exemple 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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