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Que peuvent faire les bulles et les bactéries pour vous?

Que peuvent faire les bulles et les bactéries pour vous?

Le partenariat combiné de micro-organismes bénéfiques, en particulier les bactéries, et l'aération peut traiter rapidement et efficacement certains graves problèmes de qualité d'eau tout en faisant économiser de l'argent aux gouvernements municipaux sur les coûts de traitements qui y sont 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

Au pays des eaux du Nord, les municipalités canadiennes ont été bénis 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 des zones urbaines pollués par l’excès d'azote du gibier d'eau aux bassins de rétention des eaux pluviales avoisinants et plein 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 qui sont rentables et durables.

Les effets combinés de l'aération et des bactéries bénéfiques peuvent 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 en améliorant l'efficacité des système dans plusieurs types de plan d'eau. Les bulles et les bactéries se joignent pour l'utilisation de systèmes naturels pour lutter contre les problèmes modernes, mais parfois ces systèmes doivent subir un examen pour voir s’ils fonctionnent efficacement et accomplissent ce pour quoi ils ont été conçus. Ce qui suit est une discussion sur les diverses composantes d’un système d'aération et de bactéries bénéfiques qui peuvent être utiles pour les gestionnaires d'eau des municipalités.

Aération

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 et qui s’est avérée efficace dans le monde entier pour apporter de l'oxygène à un plan d'eau. Dans les systèmes de traitements 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 il 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, tels les bactéries qui consomment les éléments nutritifs, prospèrent dans les milieux aérobies. Les différents procédés de traitement biologique aérobie utilisés couramment de nos jours, i.e. les boues activées, les filtres, les étangs d'oxydation, etc., 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 soit les eaux de surface ou les eaux de fond. L’aération de surface agite l'eau par divers moyens mécaniques (par exemple, les hélices, pales, ou des brosses) pour introduire de l'air de l'atmosphère. L'aération de fond, dont il est plus question dans cet article, injecte de l'air comprimé par des diffuseurs ou autre dispositif immergé dans la masse d'eau, généralement à partir du fond du bassin. L’aération de surface est considérée comme moins efficace comme moyen de 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 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? Où, est-ce que des bulles remontant doucement à travers la colonne d'eau tout en économisant l’énergie seraient suffisantes?

La taille des bulles

Les bulles ont des propriétés intrigantes, y compris 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 va entraîner l'eau de fond, pauvre en oxygène, à travers la colonne d'eau et elle va finalement se trouver en contact avec l'air ambiant où un échange de gaz supplémentaire aura lieu. Les bulles qui rompent la tension superficielle de l’eau permettent la libération des gaz créés par la décomposition des sédiments organiques.

Le système de diffusion de l'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 à milkshake est très différent de faire des bulles avec un bâtonnet à café étroit qui crée comparativement de très petites bulles. La technologie de création de microbulles à partir du tuyau bulle et des disques diffuseurs permet un taux plus élevé du transfert d'oxygène puisque des millions de minuscules bulles vont prendre plus de temps à s'échapper de l'eau et offrent une beaucoup plus grande surface pour un même volume total, résultant en un plus grand taux 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 vaut la peine d’évaluer avec soin le bon système d'aération.

Les éléments 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

Il existe une large 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 lixiviat 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 une somme astronomique 60 000$ par an. Une étude a révélée que le système de compression était beaucoup trop grand pour l'application. Le système combinait une aération de surface à des injecteurs à air et résultait à 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, ils 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 coûts opérationnels pour le nouveau système devraient être environ 10 000$ par an. Le nouveau système sera rentabilisé en moins d'un an grâce aux économies sur les coûts d’opération, et on s'attend à dépasser le taux de transfert d’oxygène des normes précédentes.

Tuyau

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 être exempts de plomb. Pour l'efficacité du système, les tuyaux doivent être inspectés chaque année dans le cadre d'un régime régulier d'entretien.

Diffuseurs

L'air comprimé est projeté à travers du tuyau bulle linéaire perforé de micro-trous sur toute la longueur du tuyau et qui laissent passer des bulles très fines, ou par l'intermédiaire des disques en caoutchouc souple ou par l'intermédiaire de "pierres" à air. Le tuyau bulle a initialement été conçu par une entreprise canadienne pour répondre aux besoins d'aération pour les applications peu profondes, mais il fonctionne aussi très bien dans les applications en eau profonde. Il est souple, lesté et peut prendre plusieurs formes en suivant le rebord des bassins. Les disques diffuseurs doivent être lestés de façon à rester au fond. Cette technologie est excellente en profondeur, pour les applications escarpées ou où une très haute pression est nécessaire. Les deux technologies de micro-bulles nécessitent peu d'entretien même si cela peut varier en fonction de la qualité de l'eau. Les pierres à l'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 microbienne 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, à la présence d’odeurs nauséabondes, à l'accumulation de boues et à 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 la dégradation de la cellulose végétale en dioxyde de carbone, d'autres aident à l'élimination des matières en suspension grâce à des bactéries sécrétant des enzymes spécifiques, et d'autres encore peuvent réduire la toxicité des polluants ou de déchets agricoles biodégradables. Naturellement, certaines bactéries se développent dans des conditions aérobies ou anaérobies. Pour celles qui sont expertes dans la décomposition de l'accumulation de sédiments organiques, des conditions aérobies sont souhaitables et c’est pour cette raison que les projets municipaux qui réussissent le mieux à réduire les sédiments, à clarifier l'eau et à réduire les éléments nutritifs solubles et les odeurs, sont ceux qui combinent l'aération à l’ajout de bactéries bénéfiques.

Les municipalités peuvent embaucher des spécialistes de l'aération à 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 désireuses d’améliorer la qualité de l'eau de façon sûre et efficace et pour divers types d’applications, tout en améliorant l'efficacité des traitements et en réduisant les coûts opérationnels.

Par Christina Ishoj, co-propriétaire de Produits Étangs.ca et Cimon Desforges
Publié en anglais dans le magazine Municipal World, Mai 2009