Développement d'une nouvelle approche d'enlèvement de l'azote amoniacal des eaux usées domestiques

Les préoccupations concernant les rejets d’effluents contenant de l’azote ammoniacal sont croissantes. En effet, les discussions et lignes directrices sur ces rejets s'accentuent de la part des décideurs canadiens et québécois. Bien qu’il existe différentes méthodes biologiques d’enlèvement de l’azote ammoniacal, peu d’entre elles sont efficaces dans des conditions d’eau usées froides tel que rencontrées au Québec. Du côté des méthodes physico-chimiques, elles présentent différents inconvénients dont la consommation de réactifs. Dans cette perspective, le présent projet de recherche vise à étudier une nouvelle configuration de système de traitement décentralisé destiné au secteur résidentiel (système de traitement secondaire avancé) permettant l’enlèvement de l’azote ammoniacal des eaux. Le système devrait satisfaire les exigences de classification de système de traitement secondaire avancé afin de répondre à un réel besoin du marché. Pour ce faire, quatre unités pilotes conçus sous le principe d'un filtre granulaire percolateur ont été construites et alimentées par une eau usée synthétique. Le recours à une résine naturelle échangeuse d’ions (zéolite) est considéré. Le procédé consiste au captage et à la fixation des ions ammonium en régime continu sur la zéolite. En parallèle, les bactéries autotrophes fixées sur le média assurent la nitrification biologique tout en favorisant la biorégénération du média. Afin d'interpréter les différents phénomènes en jeu, une des quatre unités pilotes est composée exclusivement de pierre granitique servant d'unité témoin à l'étude. Les retombées envisagées de ce proposé de recherche sont : (a) minimiser les risques de toxicité chronique et aiguë due à la présence de composés azotés dans les cours d'eaux; (b) développer un système fiable de traitement secondaire avancé décentralisé d'enlèvement d'azote ammoniacal. Les paramètres suivis en laboratoire sont l’azote ammoniacal (NH4+), les nitrites (NO2-) et nitrates (NO3-), la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biochimique en oxygène (DBO), les matières en suspension (MES), l’alcalinité, le pH, la température et l’oxygène dissous (O2). Les résultats de ce projet suggèrent que les variations du débit surfacique journalier appliqué sur les filtres percolateurs influencent les phénomènes de nitrification et de fixation de l'azote ammoniacal sur la zéolite. En effet, pour des débits de 14,8 à 51,5 L/(m²d), le filtre assure la nitrification selon un pourcentage moyen de 63 % de la charge à l'affluent. Par la suite, pour des débits de 42 à 114 L/(m²d), la fixation prend le relais sur la nitrification pour une moyenne de 49 % de la charge d'entrée et finalement lorsque le débit surfacique journalier est supérieur à 100 L/(m²d), le filtre laisse passer davantage d'azote ammoniacal qu'il nitrifie ou bien qu'il adsorbe. Par ailleurs, on constate que le filtre offre de meilleures performances (nitrification et/ou fixation) sur les 15 premiers centimètres de zéolite. En effet, sur 183 jours d'opération en continue des filtres, on enregistre un abattement moyen de 72 % de la charge d'azote ammoniacal sur cette épaisseur. Concernant la matière organique (DBO5), pour une concentration moyenne de 62 mg-O2/L, les filtres dégradent entièrement cette portion dès la troisième semaine d'opération. La zéolite offre de meilleurs rendements que la pierre granitique. Un gain moyen de 25 % pour l’abattement de la DBO5 est observé pour les 118 premiers jours d'opération. L'ensemble de la campagne expérimentale s'est déroulée à des températures oscillant entre 9 à 16°C. Aucun écart de température n'est observé entre la zéolite et le granite. Finalement, l'alcalinité, le pH, et l'oxygène dissous n'ont pas été des facteurs limitant dans le cadre de l’étude