Conditions d’opération

Dans l’UTE du secteur centre de la Ville de Québec, le débit total d’eau à filtrer est réparti en permanence également entre les filtres qui sont en production (équi-répartition). Les niveaux d’eau au-dessus des filtres sont maintenus dans une gamme relativement étroite de l’ordre de 10 cm. Le débit de production total d’eau filtrée de l’UTE est donné par l’opérateur. Il est possible de contrôler le débit à travers chaque filtre en ouvrant progressivement la valve de modulation qui est située en série et à la sortie de chaque filtre. L’ouverture de cette valve permet de compenser l’augmentation de la perte de charge dans le milieu filtrant due à son colmatage progressif. Le niveau d’eau dans les canaux d’amenée d’eau (sortie de l’inter-ozonation) aux filtres, qui est sensiblement le même que le niveau d’eau dans les filtres, est contrôlé par les trois pompes de relèvement en tête de traitement. La consigne qui contrôle le débit des pompes d’eau brute (110 HP) est la somme des débits mesurés à la sortie des filtres. À cette consigne s’ajoute un facteur de correction qui correspond aux rejets (boues) des décanteurs.

L’ozone résiduel mesuré à l’entrée des filtres (à la sortie des bassins de contact d’ozone) est en général très faible (de l’ordre de quelques ppb) étant donné qu’il y a une consigne qui diminue la dose d’ozone dans les chambres de contact lorsqu’il y a un résiduel à l’affluent des filtres. À l’UTE du secteur centre, les lavages sont effectués automatiquement la plupart du temps, suivant une logique programmée dans l’interface d’opération (voir section 4.2.3.3). Dans les sections suivantes il sera question de la manière dont différentes conditions opératoires des filtres ont été observées, mesurées ou calculées.

4.2.3.1 Temps écoulé des cycles de filtration au moment de l’échantillonnage et durée des cycles de filtration

Étant donné l’aspect cyclique de la filtration granulaire, il est important de situer l’échantillonnage dans le temps écoulé depuis le début du cycle de filtration. Effectivement, au fur et à mesure qu’un filtre se charge en particules, il est possible que sa capacité de traitement varie. Le temps écoulé après la préfiltration a donc été systématiquement repéré à partir du système de commande et de suivi de la salle d’opération de l’UTE.

De manière à situer les temps écoulés lors de l’échantillonnage par rapport aux durées totales des cycles de filtration, celles-ci ont été mesurées. À notre connaissance, le système de commande et de suivi ne permet pas de synthétiser cette information de manière facile.

Les durées ont donc été calculées manuellement. À l’aide des données des capteurs en continu de débit et de position de vannes de l’UTE, il est possible de déterminer lorsqu’un filtre est en lavage ou en préfiltration. Étant donné qu’il n’y a qu’un seul débitmètre pour l’eau de lavage de tous les filtres, il faut faire preuve d’astuce pour déterminer lorsque les filtres à l’étude sont lavés. Cela peut être fait en observant l’état de la vanne de compensation d’un filtre, généralement nommée « vanne de filtration ». En effet, lorsque cette vanne est fermée, cela signifie que le filtre n’est pas en mode de production, donc il est soit en lavage ou en préfiltration. Si le débitmètre du filtre n’affiche aucun débit lorsque la vanne de filtration est fermée, cela signifie que le filtre est en lavage. Encore une fois si la vanne est fermée, mais si le débitmètre affiche un débit, il s’agit du débit de préfiltration. Sachant cela, il a été possible de déterminer la longueur de tous les cycles de filtration lors du suivi, même ceux qui n’ont pas été sujets à un échantillonnage.

Les pics de bruit des signaux des capteurs de débit ont été filtrés manuellement. Étant donné que ces pics étaient comptés comme des cycles de 1 min avec la macro (visual basic) de Microsoft Excel développée pour analyser la grande quantité de données, ces débits d’eau filtrée ont été convertis en débits de préfiltration ou ont été supprimés (= 0), selon ce qui était le plus logique.

4.2.3.2 Vitesse de filtration et temps de contact en fût vide (TCFV)

Pour vérifier que les deux filtres ont bien été opérés sous des conditions semblables, les vitesses de filtration ont été calculées pour l’ensemble de la période de suivi. Les vitesses de filtration n’ont été calculées et comptabilisées que lorsque les deux filtres étaient en production. De plus, les 5 premières minutes après la préfiltration n’ont pas été considérées car cela correspond à un régime transitoire d’opération (ouverture progressive de la vanne d’eau filtrée et stabilisation du procédé). Pour calculer la vitesse de filtration, le débit obtenu à l’aide du débitmètre à la sortie de chaque filtre a été divisé par la surface filtrante. Une fois la vitesse de filtration calculée, il a été possible déterminer les temps de contact en fût vide (TCFV) avec l’Équation 2 de la section 2.2.5.2. La hauteur de milieu filtrant considérée dans le calcul du TCFV comprend la couche d’anthracite ou de CAG ainsi que la couche de sable.

4.2.3.3 Lavages des filtres

Dans le cas de cette UTE, les filtres sont généralement lavés selon une consigne maximale de perte de charge ou de temps et non de turbidité. L’eau de lavage est chlorée puisqu’elle est puisée à partir de la réserve centrale de l’usine. Les lavages sont déclenchés lorsque la perte de charge atteint 1800 mm d’eau dans le filtre. Si la perte de charge n’est toujours pas atteinte au bout de 75 à 100 heures, le filtre est lavé aussi. Si la turbidité atteint 0,15UTN il y a une alarme. Si elle atteint 0,25UTN, une 2e alarme déclenche le mode manuel où l’opérateur a le choix entre l’arrêt du filtre ou l’envoi de l’eau filtrée à l’égout. À noter que pour les besoins du projet de recherche les filtres C-S et A-S ont été lavés chaque dimanche précédant une semaine d’échantillonnage pour permettre de prélever des échantillons d’eau filtrées à des périodes fixes dans un cycle de filtration. La durée de la phase de filtration lors de l’échantillonnage était d’environ 70h (les valeurs exactes ont été compilées et sont présentés dans le chapitre suivant).

Au mois de mai 2011, le lavage suivait la séquence présentée ci-dessous (UTE Québec, 2009) :

 Étape 1 : début de la séquence de lavage (arrêt d’alimentation en eau décantée);  Étape 2 : abaissement du niveau d’eau à 300 mm au-dessus des milieux filtrants;  Étape 3 : injection d’air dans le filtre pendant 10min pour un débit de 55 à

90m3N/(h.m2);

 Étape 4 : arrêt d’injection d’air;

 Étape 5 : lavage à contre-courant (bas débit) pendant 7 min à un taux initial de 1,135 m3/(h.pi2) soit 12m/h pour purger l’air hors du média;

 Étape 6 : lavage à contre-courant; augmentation graduelle du débit d’eau de lavage jusqu’à l’atteinte du débit maximum de lavage (haut débit; 27m/h l’hiver à 38m/h l’été pour le CAG selon la température de l’eau, 38m/h en tout temps pour le filtre sable-anthracite) et maintien de ce haut débit pendant 6 min; les eaux de lavage sont évacuées lors de cette étape (l’expansion de la couche de CAG du filtre C-S en fonction de la vitesse et la température de l’eau est montrée à l’Annexe A);

 Étape 7 : arrêt du lavage à contre-courant dans un délai de 50 secondes;

 Étape 8 : remise en place du média filtrant pendant 6min (stratification des milieux filtrants);

 Étape 9 : pré-filtration (envoi de l’eau filtrée à l’égout); lorsque la turbidité de l’eau devient inférieure à 0,12 UTN, la pré-filtration se termine;

 Étape 10 : remise en filtration ou production.

La séquence de lavage a été modifiée au cours des 8 mois d’échantillonnage pour tous les filtres. Le temps de lavage (haut débit) à l’étape 6 a été modifié à quelques reprises dans l’année, mais a été augmenté le 20 septembre 2011 à 9 minutes. Le 21 septembre 2011 le temps d’injection d’air de l’étape 3 a été augmenté à 15 minutes. Le temps de lavage de l’étape 5 est désormais de 5 minutes et la remise en place des milieux filtrants lors de l’étape 8 est aussi diminuée à 5 minutes (Collin, 2012).

4.2.3.4 Température de l’eau

La température de l’eau a été mesurée à l’eau ozonée et à la sortie du filtre C-S, en même temps que la mesure de l’oxygène dissous. La température a aussi été mesurée au poste Venturi, qui se situe à l’entrée du réseau de distribution après la chloration secondaire. C’est la température relevée au poste Venturi qui est utilisée comme température de référence lors des tests de demande en chlore.