Conception et design
Le projet de récupération des eaux usées municipales de la région de Dan est le plus grand projet de ce type au monde. Il se compose d'installations de traitement et de recharge des eaux souterraines des eaux usées municipales de la zone métropolitaine de la région de Dan - un conglomérat de huit villes centré autour de Tel Aviv, en Israël, avec une population combinée d'environ 1.5 million d'habitants. Le projet a été créé dans le but de collecter, traiter et éliminer les eaux usées municipales. L'effluent récupéré, après une période de détention relativement longue dans l'aquifère souterrain, est pompé pour une utilisation agricole sans restriction, irriguant le Néguev aride (la partie sud d'Israël). Un schéma général du projet est donné à la figure 1. Le projet a été créé dans les années 1960 et n'a cessé de croître. Actuellement, le système collecte et traite environ 110 x 106 m3 par an. D'ici quelques années, à son stade final, le système traitera de 150 à 170 x 106 m3 par an.
Figure 1. Usine de récupération des eaux usées de la région de Dan : disposition
Les stations d'épuration sont connues pour créer une multitude de problèmes de santé environnementaux et professionnels. Le projet de la région de Dan est un système unique d'importance nationale qui combine un avantage national avec une économie considérable des ressources en eau, une efficacité de traitement élevée et une production d'eau peu coûteuse, sans créer de risques professionnels excessifs.
Tout au long de la conception, de l'installation et de l'exploitation courante du système, une attention particulière a été accordée aux problèmes d'assainissement de l'eau et d'hygiène au travail. Toutes les précautions nécessaires ont été prises pour s'assurer que les eaux usées récupérées seront pratiquement aussi sûres que l'eau potable ordinaire, au cas où des personnes la boiraient ou l'avaleraient accidentellement. De même, une attention appropriée a été accordée à la question de la réduction au minimum de toute exposition potentielle à des accidents ou à d'autres risques biologiques, chimiques ou physiques susceptibles d'affecter soit les travailleurs de la station d'épuration proprement dite, soit d'autres travailleurs engagés dans l'élimination et l'utilisation agricole. de l'eau récupérée.
Lors de la première phase du projet, les eaux usées ont été traitées biologiquement par un système de bassins d'oxydation facultative avec recirculation et traitement chimique supplémentaire par un procédé chaux-magnésium, suivi d'une rétention des effluents à pH élevé dans des « bassins de polissage ». L'effluent partiellement traité a été rechargé dans l'aquifère souterrain régional au moyen des bassins d'épandage du Soreq.
Au stade 1, les eaux usées acheminées vers la station d'épuration subissent un traitement mécano-biologique par un procédé à boues activées avec nitrification-dénitrification. L'effluent secondaire est rechargé dans la nappe phréatique au moyen des bassins d'épandage Yavneh 2 et Yavneh XNUMX.
Le système complet se compose d'un certain nombre d'éléments différents qui se complètent :
- un système de station d'épuration, composé d'une station de boues activées (la station biomécanique), qui traite la plupart des déchets, et d'un système de bassins d'oxydation et de polissage utilisé principalement pour le traitement des excédents d'eaux usées
- un système de recharge des eaux souterraines des effluents traités, qui consiste en des bassins d'épandage, sur deux sites différents (Yavneh et Soreq), inondés par intermittence ; l'effluent absorbé traverse la zone non saturée du sol et une partie de l'aquifère, et crée une zone spéciale dédiée au traitement complémentaire des effluents et au stockage saisonnier, appelée SAT (sol-aquifère-traitement)
- des réseaux de puits d'observation (53 puits au total) qui entourent les bassins de recharge et permettent le suivi de l'efficacité du processus de traitement
- réseaux de puits de récupération (au total 74 puits actifs en 1993) qui entourent les sites de recharge
- une conduite d'adduction d'eau récupérée spéciale et séparée pour l'irrigation sans restriction des zones agricoles du Néguev ; cette conduite s'appelle "la troisième ligne du Néguev", et elle complète le système d'approvisionnement en eau du Néguev, qui comprend deux autres grandes conduites principales d'approvisionnement en eau douce
- une installation de chloration des effluents, constituée à ce jour de trois sites de chloration (deux autres à rajouter ultérieurement)
- six réservoirs opérationnels le long du système de transport, qui régulent les quantités d'eau pompées et consommées le long du système
- un système de distribution des effluents, composé de 13 grandes zones de pression, le long du collecteur principal, qui fournissent l'eau traitée aux consommateurs
- un système de suivi complet qui supervise et contrôle l'ensemble du fonctionnement du projet.
Description du système de récupération
Le schéma général du système de récupération est présenté à la figure 1 et l'organigramme à la figure 2. Le système se compose des segments suivants : station d'épuration, champs de recharge d'eau, puits de récupération, système de transport et de distribution, installation de chloration et un système de surveillance complet. système.
Figure 2. Organigramme du projet de la région de Dan
La station d'épuration
La station d'épuration de la zone métropolitaine de la région de Dan reçoit les déchets domestiques des huit villes de la région et traite également une partie de leurs déchets industriels. L'usine est située dans les dunes de sable de Rishon-Lézion et repose principalement sur le traitement secondaire des déchets par la méthode des boues activées. Certains des déchets, principalement lors des décharges de pointe, sont traités dans un autre système plus ancien de bassins d'oxydation occupant une superficie de 300 acres. Les deux systèmes peuvent gérer ensemble, à l'heure actuelle, environ 110 x 106 m3 par an.
Les champs de recharge
Les effluents de la station d'épuration sont pompés dans trois sites différents situés dans les dunes de sable régionales, où ils sont épandus sur le sable et s'infiltrent dans l'aquifère souterrain pour un stockage temporaire et un traitement supplémentaire dépendant du temps. Deux des bassins d'épandage servent à la recharge des effluents de la station d'épuration mécano-biologique. Il s'agit de Yavneh 1 (60 acres, situé à 7 km au sud de l'usine) et Yavneh 2 (45 acres, à 10 km au sud de l'usine) ; le troisième bassin est utilisé pour la recharge d'un mélange de l'effluent des bassins d'oxydation et d'une certaine fraction de la station d'épuration biomécanique nécessaire pour améliorer la qualité de l'effluent au niveau nécessaire. Il s'agit du site Soreq, qui a une superficie d'environ 60 acres et est situé à l'est des étangs.
Les puits de récupération
Autour des sites de recharge, il existe des réseaux de puits d'observation à travers lesquels l'eau rechargée est pompée à nouveau. Les 74 puits en exploitation en 1993 n'ont pas tous été actifs pendant toute la durée du projet. En 1993, un total d'environ 95 millions de mètres cubes d'eau ont été récupérés des puits du système et pompés dans la troisième ligne du Néguev.
Les systèmes de transport et de distribution
L'eau pompée des différents puits de récupération est collectée dans le système d'adduction et de distribution de la troisième ligne. Le système de transport est composé de trois sections, ayant une longueur combinée de 87 km et un diamètre allant de 48 à 70 pouces. Le long du système de transport, six réservoirs opérationnels différents, "flottants" sur la ligne principale, ont été construits, afin de réguler le débit d'eau du système. Le volume opérationnel de ces réservoirs varie de 10,000 XNUMX m3 à 100,000 m3.
L'eau circulant dans le système de troisième ligne a été fournie aux clients en 1993 par un système de 13 zones de pression principales. De nombreux consommateurs d'eau, principalement des exploitations agricoles, sont connectés à ces zones de pression.
Le système de chloration
Le but de la chloration qui est effectuée dans la Troisième Ligne est la « rupture de la connexion humaine », ce qui signifie l'élimination de toute possibilité d'existence de micro-organismes d'origine humaine dans l'eau de Troisième Ligne. Tout au long du suivi, il a été constaté qu'il y a une augmentation considérable des micro-organismes fécaux pendant le séjour de l'eau récupérée dans les réservoirs d'eau. Par conséquent, il a été décidé d'ajouter plus de points de chloration le long de la ligne et, en 1993, trois points de chloration distincts fonctionnaient régulièrement. Deux autres points de chloration doivent être ajoutés au système dans un futur proche. Le chlore résiduel est compris entre 0.4 et 1.0 mg/l de chlore libre. Cette méthode, par laquelle de faibles concentrations de chlore libre sont maintenues en divers points du système plutôt qu'une seule dose massive au début de la ligne, sécurise la rupture de la connexion humaine, et en même temps permet aux poissons de vivre dans les réservoirs . De plus, cette méthode de chloration désinfectera l'eau des sections aval du système d'adduction et de distribution, dans le cas où des polluants seraient entrés dans le système en un point situé en aval du point de chloration initial.
Le système de surveillance
Le fonctionnement du système de récupération de la troisième ligne du Néguev dépend du fonctionnement de routine d'une installation de surveillance qui est supervisée et contrôlée par une entité scientifique professionnelle et indépendante. Cet organisme est l'Institut de recherche et de développement du Technion - Institut israélien de technologie, à Haïfa, en Israël.
La mise en place d'un système de surveillance indépendant est une exigence obligatoire du ministère israélien de la Santé, l'autorité légale locale conformément à l'ordonnance israélienne sur la santé publique. La nécessité d'établir cette configuration de surveillance découle des faits suivants :
- Ce projet de récupération des eaux usées est le plus grand au monde.
- Il comprend certains éléments non routiniers qui n'ont pas encore été expérimentés.
- L'eau récupérée doit être utilisée pour l'irrigation illimitée des cultures agricoles.
Le rôle majeur du système de surveillance est donc de sécuriser la qualité chimique et sanitaire de l'eau fournie par le système et d'alerter sur toute modification de la qualité de l'eau. De plus, le dispositif de surveillance effectue un suivi du projet complet de remise en état de la région de Dan, en étudiant également certains aspects, tels que le fonctionnement courant de l'usine et la qualité chimico-biologique de son eau. Ceci est nécessaire pour déterminer l'adaptabilité de l'eau de la troisième ligne pour une irrigation illimitée, non seulement du point de vue sanitaire mais aussi du point de vue agricole.
Le schéma de surveillance préliminaire a été conçu et préparé par Mekoroth Water Co., le principal fournisseur d'eau israélien et l'opérateur du projet de la région de Dan. Un comité directeur spécialement nommé a examiné périodiquement le programme de surveillance et l'a modifié en fonction de l'expérience accumulée grâce à l'opération de routine. Le programme de surveillance portait sur les différents points d'échantillonnage le long du système de la troisième ligne, les différents paramètres étudiés et la fréquence d'échantillonnage. Le programme préliminaire faisait référence à différents segments du réseau, soit les puits de récupération, la conduite d'adduction, les réservoirs, un nombre limité de branchements consommateurs ainsi que la présence de puits d'eau potable à proximité de l'usine. La liste des paramètres inclus dans le programme de surveillance de la troisième ligne est donnée dans le tableau 1.
Tableau 1. Liste des paramètres étudiés
|
Ag |
Argent |
μg / l |
|
Al |
Aluminium |
μg / l |
|
ALG |
Algues |
Nbre/100 ml |
|
ALKM |
Alcalinité en CaCO3 |
mg / l |
|
As |
Arsenic |
μg / l |
|
B |
Bore |
mg / l |
|
Ba |
Baryum |
μg / l |
|
DBO |
Demande biochimique d'oxygène |
mg / l |
|
Br |
Bromure |
mg / l |
|
Ca |
Calcium |
mg / l |
|
Cd |
Cadmium |
μg / l |
|
Cl |
Chlorure |
mg / l |
|
CLDE |
Demande de chlore |
mg / l |
|
CLRL |
Chlorophile |
μg / l |
|
CN |
Cyanures |
μg / l |
|
Co |
Cobalt |
μg / l |
|
COULEUR |
Couleur (cobalt platine) |
|
|
LA MORUE |
La demande chimique en oxygène |
mg / l |
|
Cr |
Chrome |
μg / l |
|
Cu |
Cuivre |
μg / l |
|
DO |
Oxygène dissous sous forme d'O2 |
mg / l |
|
DOC |
Carbone organique dissous |
mg / l |
|
DS10 |
Solides dissous à 105 ºC |
mg / l |
|
DS55 |
Solides dissous à 550 ºC |
mg / l |
|
EC |
Conductivité électrique |
µmhos/cm |
|
ENTR |
Entérocoque |
Nbre/100 ml |
|
F- |
Fluorure |
mg / l |
|
FCOL |
Coliformes fécaux |
Nbre/100 ml |
|
Fe |
Fer |
μg / l |
|
DIFFICILE |
Dureté en CaCO3 |
mg / l |
|
HCO3 - |
Bicarbonate sous forme de HCO3 - |
mg / l |
|
Hg |
Mercury |
μg / l |
|
K |
Potassium |
mg / l |
|
Li |
Lithium |
μg / l |
|
MBAS |
Détergents |
μg / l |
|
Mg |
Magnésium |
mg / l |
|
Mn |
Manganèse |
μg / l |
|
Mo |
Molybdène |
μg / l |
|
Na |
Sodium |
mg / l |
|
NH4 + |
Ammoniac sous forme de NH4 + |
mg / l |
|
Ni |
Nickel |
μg / l |
|
NKJT |
Azote total Kjeldahl |
mg / l |
|
NON2 |
Nitrite comme NON2 - |
mg / l |
|
NON3 |
Nitrate comme NO3 - |
mg / l |
|
ODEUR |
Numéro d'odeur du seuil olfactif |
|
|
OG |
Huile et graisse |
μg / l |
|
Pb |
Plomb |
μg / l |
|
PHÉN |
Phénols |
μg / l |
|
PHFD |
pH mesuré sur le terrain |
|
|
PO4 |
Phosphate comme PO4 -2 |
mg / l |
|
PTOT |
Phosphore total en P |
mg / l |
|
RSCL |
Chlore libre résiduel |
mg / l |
|
SAR |
Taux d'adsorption de sodium |
|
|
Se |
Sélénium |
μg / l |
|
Si |
Silice sous forme de H2SiO3 |
mg / l |
|
Sn |
Étain |
μg / l |
|
SO4 |
Sulfate |
mg / l |
|
Sr |
Strontium |
μg / l |
|
SS10 |
Matières en suspension à 100 ºC |
mg / l |
|
SS55 |
Matières en suspension à 550 ºC |
mg / l |
|
GEST |
Streptocoque |
Nbre/100 ml |
|
T |
Température |
° C |
|
TCOL |
Coliformes totaux |
Nbre/100 ml |
|
TOTB |
Bactéries totales |
Nbre/100 ml |
|
TS10 |
Solides totaux à 105 ºC |
mg / l |
|
TS55 |
Solides totaux à 550 ºC |
mg / l |
|
TURB |
Turbidité |
NTU |
|
UV |
UV (absorb. à 254 nm)(/cm x 10) |
|
|
Zn |
Zinc |
μg / l |
Surveillance des puits de récupération
Le programme d'échantillonnage des puits de récupération repose sur une mesure bimensuelle ou trimestrielle de quelques « paramètres-indicateurs » (tableau 2). Lorsque la concentration en chlorures au puits échantillonné dépasse de plus de 15 % la teneur initiale en chlorures du puits, cela est interprété comme une augmentation « significative » de la part de l'effluent récupéré dans l'eau de l'aquifère souterrain, et le puits est transféré dans la prochaine catégorie d'échantillonnage. Ici, 23 « paramètres-caractéristiques » sont déterminés, une fois tous les trois mois. Dans certains des puits, une fois par an, une analyse complète de l'eau, comprenant 54 paramètres divers, est effectuée.
Tableau 2. Les différents paramètres investigués aux puits de récupération
|
Groupe A |
Groupe B |
Groupe C |
|
Paramètres de l'indicateur |
Paramètres caractéristiques |
Paramètres de test complet |
|
1. Chlorures |
Groupe A et : |
Groupes A+B et : |
Surveillance du système de convoyage
Le système d'adduction, d'une longueur de 87 km, est surveillé en sept points centraux le long de la conduite d'eaux usées. À ces points, 16 paramètres différents sont échantillonnés une fois par mois. Ce sont : PHFD, DO, T, EC, SS10, SS55, UV, TURB, NON3 +, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL et ENTR. Les paramètres qui ne devraient pas changer le long du système sont mesurés à deux points d'échantillonnage seulement - au début et à la fin de la ligne de transport. Ce sont : Cl, K, Na, Ca, Mg, HARD, B, DS, SO4 -2, NH4 +, Je n'ai pas2 - et MBAS. A ces deux points de prélèvement, une fois par an, différents métaux lourds sont prélevés (Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Al, Ag).
Surveillance des réservoirs
Le dispositif de surveillance des réservoirs de la troisième ligne repose principalement sur l'examen d'un nombre limité de paramètres qui servent d'indicateurs du développement biologique dans les réservoirs et de localisation de l'entrée de polluants externes. Cinq réservoirs sont échantillonnés, une fois par mois, pour : PHFD, T, DO, Total SS, Volatile SS, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP et ALG. Au niveau de ces cinq réservoirs, Si est également échantillonné, une fois tous les deux mois. Tous ces paramètres sont également échantillonnés sur un autre réservoir, Zohar B, à une fréquence de six fois par an.
Résumé
Le projet de récupération de la région de Dan fournit de l'eau récupérée de haute qualité pour l'irrigation sans restriction du Néguev israélien.
La première étape de ce projet est partiellement opérationnelle depuis 1970 et pleinement opérationnelle depuis 1977. De 1970 à 1993, une quantité totale d'eaux usées brutes de 373 millions de mètres cubes (MCM) a été acheminée vers les bassins d'oxydation facultative, et une quantité totale d'eau de 243 MCM ont été pompés de l'aquifère entre 1974 et 1993 et fournis au sud du pays. Une partie de l'eau a été perdue, principalement en raison de l'évaporation et de l'infiltration des étangs. En 1993, ces pertes s'élevaient à environ 6.9 % des eaux usées brutes acheminées vers l'usine Stage One (Kanarek, 1994).
L'usine de traitement mécano-biologique, phase deux du projet, est en service depuis 1987. Au cours de la période d'exploitation 1987-1993, une quantité totale d'eaux usées brutes de 478 MCM a été acheminée vers l'usine de traitement mécano-biologique. En 1993, environ 103 MCM d'eau (95 MCM d'eau récupérée plus 8 MCM d'eau potable) ont été transportés à travers le système et utilisés pour l'irrigation illimitée du Néguev.
L'eau des puits de récupération représente la qualité de l'eau de l'aquifère souterrain. La qualité de l'eau de l'aquifère change constamment en raison de la percolation des effluents dans celle-ci. La qualité de l'eau de l'aquifère se rapproche de celle de l'effluent pour les paramètres qui ne sont pas influencés par les processus de traitement sol-aquifère (SAT), tandis que les paramètres qui sont affectés par le passage à travers les couches de sol (par exemple, la turbidité, les solides en suspension, l'ammoniac, les carbone organique, etc.) affichent des valeurs nettement inférieures. Il convient de noter la teneur en chlorure de l'eau de l'aquifère, qui a augmenté au cours d'une période récente de quatre ans de 15 à 26 %, comme en témoigne l'évolution de la qualité de l'eau dans les puits de récupération. Ce changement indique le remplacement continu de l'eau de l'aquifère par des effluents ayant une teneur en chlorure considérablement plus élevée.
La qualité de l'eau dans les six réservoirs du système Third Line est influencée par les changements biologiques et chimiques qui se produisent dans les réservoirs ouverts. La teneur en oxygène est augmentée, en raison de la photosynthèse des algues et en raison de la dissolution de l'oxygène atmosphérique. Les concentrations de divers types de bactéries sont également augmentées en raison de la pollution aléatoire par diverses faunes aquatiques résidant à proximité des réservoirs.
La qualité de l'eau fournie aux clients le long du système dépend de la qualité de l'eau des puits de récupération et des réservoirs. La chloration obligatoire de l'eau du système constitue une protection supplémentaire contre l'utilisation erronée de l'eau comme eau potable. La comparaison des données sur l'eau de troisième ligne avec les exigences du ministère israélien de la Santé concernant la qualité des eaux usées à utiliser pour un usage agricole illimité montre que la plupart du temps, la qualité de l'eau satisfait pleinement aux exigences.
En conclusion, on peut dire que le système de récupération et d'utilisation des eaux usées de la troisième ligne a été un projet environnemental et national réussi en Israël. Il a résolu le problème de l'évacuation sanitaire des eaux usées de la région de Dan et, en même temps, il a augmenté le bilan hydrique national d'un facteur d'environ 5 %. Dans un pays aride comme Israël, où l'approvisionnement en eau, notamment à usage agricole, est assez limité, c'est un réel apport.
Les coûts de l'opération de recharge et de l'entretien de l'eau récupérée, en 1993, étaient d'environ 3 cents US par m3 (0.093 NIS/m3).
Le système fonctionne depuis la fin des années 1960 sous la stricte surveillance du ministère israélien de la Santé et du département de la sécurité et de l'hygiène au travail de Mekoroth. Aucune maladie professionnelle résultant du fonctionnement de ce système complexe et complet n'a été signalée.