Les systèmes aquatiques en recirculation

Les systèmes aquatiques en recirculation

Les paramètres de qualité de l’eau dans un bassin zoologique

Les bassins zoologiques ne sont généralement constitués que d’un bassin de béton rempli d’eau à volume variable dépendamment de l’espèce exposée. Afin d’augmenter la rentabilité, souvent un nombre restreint d’espèces est élevé ou présenté dans un volume d’eau limité.
Cette propriété des bassins zoologiques implique une accumulation considérable de matières organiques et inorganiques provenant des fèces et de l’urine des animaux. Cette accumulation introduit un risque pour la santé de l’animal en plus de causer une dégradation de la qualité esthétique de l’eau du bassin zoologique. Le risque pour la sécurité d’un mammifère et/ou de poissons dans un bassin zoologique provient principalement d’un contact avec une concentration élevée de contaminant menant à une toxicité aiguë ou chronique ou au développement de maladies dans le cas de contact avec des agents pathogènes. De par sa fonction, la qualité de l’eau d’un bassin zoologique peut également être définie par ses propriétés optiques immédiates et potentielles.

Les pathogènes

Une minimisation de la concentration de pathogènes dans un milieu aquatique est primordiale pour assurer la santé des animaux. Bien que le dénombrement exhaustif de l’ensemble des pathogènes présents dans un bassin zoologique ou dans une eau usée domestique, tel que présenté au tableau 1.2 selon la United State Environnemental Protection Agency (U.S.EPA, 2004), soit impossible du point de vue de la rentabilité, il existe des indicateurs de leur présence. Les concentrations de coliformes fécaux (CF) et de carbone organique total (COT) en font parti.
Les coliformes fécaux sont des bactéries Gram négatif thermotolérantes principalement du genre Escherichia, capable de fermenter du lactose à 44,5 ºC. Elles proviennent généralement des fèces d’un animal à sang chaud et sont utilisées comme indicateurs pour identifier une contamination biologique ou la présence de pathogènes. (Doyle et Erickson, 2006).
L’intérêt de leur détection, à titre d’organismes indicateurs, réside dans le fait que leur concentration dans l’environnement est globalement reliée à celle des bactéries, virus et protozoaires pathogènes. Leur concentration dans le milieu aquatique peut généralement être reliée à un niveau de pollution fécale selon le centre d’expertise en analyses environnementales du Québec (CEAEQ, 2005).
La présence de coliformes fécaux dans un bassin zoologique comportant un hippopotame est normale compte tenu du comportement de l’animal qui consiste à faire la majorité de ses déjections dans un milieu aquatique. Toutefois, le développement de ces bactéries et d’autres pathogènes entériques dans un bassin zoologique est non-souhaitable car ceux-ci entraînent une augmentation du risque de maladie pour les animaux et les opérateurs en contact avec l’eau du bassin.
Bien qu’il n’existe pas de norme spécifique portant sur la concentration en coliformes fécaux à respecter dans un bassin zoologique, le Ministère du Développement durable, de l’Environnement et des Parcs (MDDEP) du Québec recommande, sur la base d’études effectuées par le Conseil Canadien des Ministres des Ressources et de l’Environnement (CCMRE, 1987) et le Ministry of National Health and Welfare (MNHW, 1990), de ne pas dépasser une concentration de 200 unités formatrices de colonies pour 100 millilitres d’eau (UFC/100 mL) lorsqu’il y a contact primaire entre l’eau et un individu.
La concentration de carbone organique total est également indicatrice de la qualité organique de l’eau en association avec la demande chimique (DCO) et biologique (DBO) en oxygène (U.S.EPA, 2004). Une concentration élevée de carbone organique est associée à un risque plus élevé de présence de contaminants organiques toxiques et de développement de bactéries hétérotrophes, et ce, malgré l’absence de coliformes fécaux. Toutefois, au Canada, il n’existe pas de critères de qualité précis concernant la concentration de COT en milieu aquatique (CCREM, 1987). Ceci est principalement dû au fait que la composition du carbone organique particulaire (COP) et dissous (COD) est hautement variable d’un milieu à l’autre.

Les composés toxiques ou oxydants

Dans un bassin zoologique, la présence d’agents toxiques doit être évaluée régulièrement afin de minimiser les risques reliés à une intoxication. Le principal risque associé à la gestion d’un système aquatique en recirculation provient des produits de la dégradation biologique comme l’azote ammoniacal (U.S.EPA, 2004). En second lieu, lorsqu’une unité d’oxydation est présente, les propriétés chimiques de l’eau doivent être évaluées dans leur ensemble afin d’éviter des complications chez l’animal reliées à un pH inadéquat ou un potentiel d’oxydation trop élevé (Bullock et al, 1997).
La toxicité dans les bassins zoologiques est généralement le résultat d’une accumulation d’azote ammoniacal sous forme non ionisée et ionisée (NH3 ↔ NH4+) ou plus rarement de nitrites (NO2-) et de nitrates (NO3-). L’azote est ingéré sous forme de molécules organiques complexes par les animaux avant d’être excrété directement sous forme d’azote ammoniacal chez les poissons ou sous forme d’urée ((NH2)2CO) chez les mammifères (Campbell et Reece, 2002). L’urée est par la suite retransformée en azote ammoniacal (processus d’ammonification) par des bactéries du genre Bacillus, Proteus, Micrococcus, Sarcina ou encore Aerobacter (Rangaswami et Bagyaraj, 2005). L’augmentation de la concentration d’azote ammoniacal dans un bassin favorise le développement de bactéries du genre Nitrosomonas et Nitrobacter qui transforment l’ammoniac en nitrites et les nitrites en nitrates respectivement. Ainsi, après un certain temps dans un bassin fermé, la concentration d’azote ammoniacal ainsi que celle de nitrite tendent vers 0 milligramme d’azote par litre (mg-N/L), l’ensemble étant converti en nitrates. Dans un processus naturel, les plantes assimilent les nitrates pour les retransformer en azote organique. La figure 1.1 schématise l’évolution des formes azotées inorganiques au sein d’un écosystème aquatique complet (Boyd et Tucker, 1998). Toutefois, dans un bassin zoologique où il y a absence de traitement spécifique et de végétaux assimilateurs de nitrates, la concentration de nitrate augmente de façon monotone.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 Revue de littérature
1.1 Les systèmes aquatiques en recirculation
1.2 Les paramètres de qualité de l’eau dans un bassin zoologique
1.2.1 Les pathogènes
1.2.2 Les composés toxiques ou oxydants
1.2.3 Les propriétés optiques
1.3 Les unités de traitement d’un bassin zoologique
1.3.1 La filtration sur sable sous pression
1.3.2 L’ozonation
1.3.3 L’adsorption sur charbon actif
1.4 Les objectifs spécifiques de traitement
1.5 Description et contrôle du système de traitement
1.5.1 L’espèce en situation
1.5.2 Le bassin zoologique
1.5.3 L’unité de dégrillage
1.5.4 Le bassin d’équilibre
1.5.5 L’unité de filtration sur sable sous pression
1.5.6 L’unité d’ozonation
1.5.7 L’unité d’adsorption sur charbon actif
1.5.8 La tour d’aération
CHAPITRE 2 Méthodologie développée
2.1 Principes de développement
2.2 Les paramètres de qualité critiques
2.3 La génération du modèle spécifique de traitement
2.4 Les protocoles d’échantillonnages et d’analyses
2.4.1 L’échantillonnage
2.4.2 Les analyses
2.5 La validation du modèle
2.6 L’évaluation des conditions initiales
2.7 L’évaluation intégrée du système de traitemen
2.8 La simulation et l’évaluation de solutions alternative
CHAPITRE 3 Résultats
3.1 Les données d’entrée du modèle
3.1.1 La qualité optique de l’eau
3.1.2 La qualité physico-chimique et biologique de l’eau
3.1.3 Le processus de traitement
3.2 La validation du modèle
3.3 Évaluation des conditions initiales
3.3.1 L’événement turbide
3.3.2 L’influence des changements d’eau
3.4 L’évaluation du système de traitement par simulation
3.5 L’évaluation de la plage de solutions alternatives
CHAPITRE 4 Discussion
4.1 L’évaluation du dimensionnement des unités de traitement et des solutions alternatives
4.2 Retombées et recommandations
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE