Comment le brassage actif prolonge la durée de vie des bassins et améliore la qualité de l'eau

Introduction

Vos réservoirs d'eau municipaux constituent des actifs précieux. Ils représentent à la fois un investissement important et un maillon essentiel de votre réseau d'approvisionnement en eau potable. Afin d'éviter des problèmes coûteux, les réservoirs d'eau doivent être inspectés régulièrement et exploités correctement pour préserver leur intégrité et la qualité de l'eau.

L'American Water Works Association (AWWA) a élaboré une norme relative aux réservoirs d'eau en acier.¹ Cette norme recommande aux exploitants de procéder à des inspections visuelles régulières des réservoirs, au moins une fois par mois. Tous les trois ans, au minimum, les réservoirs doivent être vidangés, nettoyés et inspectés par des professionnels. Les inspections doivent porter sur les questions de sûreté et de sécurité, l'état de la structure et du revêtement, ainsi que sur les problèmes sanitaires évidents (par exemple, l'accumulation de biofilm ou de sédiments).

Mais qu'en est-il entre deux inspections ? Des problèmes peuvent survenir, susceptibles d'avoir des répercussions non seulement sur
l'intégrité du réservoir d'eau, mais aussi la qualité de l'eau. Des problèmes tels que :

• Réservoir d'eau endommagé par le gel et la corrosion
• Augmentation de l'âge de l'eau et diminution des résidus de chlore
• Risque accru de nitrification dans les systèmes utilisant de la chloramine
• Augmentation de la production de sous-produits de désinfection

Examinons d'abord ces problèmes plus en détail, puis voyons comment l'ajout d'un composant au système pourrait permettre de les résoudre tous.

Problèmes liés aux réservoirs d'eau non mélangée

La présence d'eau stagnante dans un réservoir d'eau pose des problèmes en toutes saisons. En hiver, l'eau stagnante gèle, ce qui endommage le réservoir et son revêtement. En été, la stratification peut avoir des répercussions tant sur le réservoir que sur la qualité de l'eau.

L'hiver dans les réservoirs d'eau non mélangée

En hiver, la glace qui se forme dans un réservoir d'eau racle les équipements et les revêtements intérieurs de celui-ci à mesure que le niveau d'eau varie au gré des cycles quotidiens de remplissage et de vidange. L'eau gèle dans un réservoir pour trois raisons principales :

• Caractéristiques techniques inadaptées du réservoir d'eau
• Débordement compromis
• Conditions hydriques statiques

Parmi ces problèmes, les spécifications techniques relatives à la conception des réservoirs échappent manifestement au contrôle des exploitants.

Les problèmes de débordement se résolvent généralement grâce à un entretien adéquat. Les conditions d'eau statique peuvent toutefois être influencées par des mesures opérationnelles. Le gel peut entraîner :

• Canalisations internes et ruptures de trop-plein
• Les échelles sont arrachées par la glace, laissant un trou à l'endroit où elles étaient fixées
• Contraintes de torsion exercées sur l'acier et les joints par la dilatation de la glace
• Dégâts causés par le gel au revêtement de la cuve, entraînant de la corrosion

L'été dans les réservoirs d'eau non mélangée

En été, l'eau contenue dans un réservoir non mélangé commence à se réchauffer. L'eau plus chaude remonte vers le haut. Lorsque de l’eau fraîchement traitée, plus dense et plus froide, pénètre dans le réservoir, elle ne se mélange pas à l’eau plus chaude déjà présente. Au contraire, l’eau froide va descendre ou rester au fond de la colonne d’eau du réservoir, selon la configuration de l’entrée. Cette eau froide du fond peut également être la première à sortir du réservoir, laissant la majeure partie de l’eau plus chaude de la surface non mélangée et inutilisée. Ce processus, appelé stratification, entraîne de nombreux problèmes dans les réservoirs d’eau (voir figure 1²).

Augmentation de l'âge de l'eau et diminution des résidus de chlore

La stratification thermique entraîne une stratification chimique susceptible de compromettre gravement la qualité de l'eau. La couche supérieure contient l'eau la plus ancienne et la plus chaude, avec de faibles concentrations résiduelles de désinfectant. Cela peut entraîner une contamination bactériologique et des concentrations élevées de sous-produits de désinfection. Les conditions de chaleur à l'interface air-eau, au niveau de la paroi latérale intérieure, favorisent le développement de biofilms. Cela augmente la teneur en matières organiques de l'eau et contribue à la corrosion de la paroi du réservoir.

Figure 1

Risque accru de nitrification dans les réseaux traités à la chloramine

La chloramine, issue de la réaction entre le chlore en solution aqueuse et l’ammoniac, est l’un des désinfectants de l’eau les plus persistants. Cependant, elle se décompose avec le temps, générant ainsi de l’ammoniac libre. Cette décomposition s’accélère lorsque la température de l’eau dépasse 60 °F. La libération d’ammoniac favorise la multiplication des bactéries oxydant l’ammoniac, qui transforment le NH₃ en nitrites et en nitrates. La formation de nitrites et de nitrates entraîne une perte de chlore résiduel et provoque des problèmes de goût et d'odeur.

Augmentation de la production de sous-produits de désinfection

Dans un réservoir d'eau stratifié, plusieurs facteurs peuvent entraîner des charges organiques élevées dans l'eau. Les réactions du chlore avec les matières organiques entraînent la formation de sous-produits de désinfection (SPD). Les SPD peuvent être nocifs pour la santé humaine et sont réglementés par la loi sur la salubrité de l'eau potable.^³

Systèmes de mélange pour réservoirs d'eau

Systèmes de mixage passifs

Les systèmes de mélange passifs visent à mélanger l'eau sans recourir à des infrastructures consommant de l'énergie. Bien qu'ils soient « passifs » en ce qui concerne le réservoir d'eau lui-même, certains modèles nécessitent des interventions manuelles et la plupart imposent une charge supplémentaire aux pompes du réseau de distribution.

Les exploitants peuvent forcer un renouvellement élevé de l'eau dans les bassins afin d'essayer de la mélanger. Cependant, même avec un renouvellement important pouvant atteindre 60 %, l'eau peut encore présenter une stratification thermique dans les couches supérieures. Non seulement un renouvellement élevé ne permet pas de mélanger correctement l'eau du bassin, mais il entraîne également des coûts d'exploitation élevés.

Dans un réservoir d'eau traditionnel, l'eau entre et sort par le même tuyau. Pour favoriser le brassage passif, les réservoirs peuvent être conçus ou modernisés de manière à disposer d'une entrée et d'une sortie distinctes. L'entrée est généralement située plus haut dans le réservoir afin de favoriser le mélange de l'eau entrante, plus fraîche et plus froide, avec l'eau déjà présente dans le réservoir, plus chaude et plus ancienne.

Certains systèmes de mélange passifs utilisent un réseau complexe de tuyaux et de buses pour répartir l'eau entrant dans le réservoir. Ces systèmes sont volumineux, coûteux à installer et à entretenir, et peuvent néanmoins ne pas assurer un mélange complet.

Efficacité

S'appuyant sur la dynamique de l'eau entrante, les systèmes passifs ne mélangent pas l'eau une fois le réservoir plein ni pendant le cycle de vidange. De plus, les réservoirs d'eau peuvent rapidement subir une nouvelle stratification dès que le remplissage cesse. Les réservoirs à mélange passif peuvent subir une nouvelle stratification, tant thermique que chimique, dans les quatre heures suivant l'arrêt du pompage.

Bien qu'ils soient qualifiés de « passifs », ces systèmes de mélange utilisent bel et bien les pompes de distribution, et la contre-pression supplémentaire exercée par les buses oblige ces pompes à fonctionner à un régime plus élevé. Cela nécessite davantage d'énergie et augmente les coûts d'entretien.

Coût de la mise à niveau / de l'installation / de l'entretien

Les systèmes de mélange passifs peuvent nécessiter l'installation de plusieurs buses et de tuyauteries, ce qui peut s'avérer très coûteux dès le départ. Vous aurez également davantage de surfaces (ainsi que de boulons et de points de corrosion) à peindre, à revêtir et à entretenir à l'intérieur de votre cuve, ce qui demande du temps, de la main-d'œuvre et de l'argent supplémentaires. Même la séparation de l'entrée et de la sortie constitue une modification coûteuse de la cuve.

Systèmes de mélange actifs

Les systèmes de brassage actifs utilisent une turbine entraînée par un moteur pour assurer une circulation continue de l'eau à l'intérieur du réservoir, quel que soit son niveau de remplissage. Plus compacts et plus durables que les systèmes de brassage passifs, ils offrent aux opérateurs une plus grande puissance de brassage, indépendamment des cycles de vidange et de remplissage. Les systèmes de brassage actifs sont moins coûteux, plus faciles et plus rapides à installer, et peuvent être facilement démontés pour les inspections et l'entretien du réservoir.

Efficacité

Pour évaluer l'efficacité des différents systèmes de mélange, on peut notamment se pencher sur les cycles de mélange. Le cycle de mélange correspond au temps nécessaire pour homogénéiser la température de l'eau pendant le cycle de remplissage. Par exemple, s'il faut deux heures pour remplir le réservoir, le mélangeur actif doit être capable de mélanger l'eau nouvellement introduite avec celle déjà présente dans le réservoir en deux heures.

Par définition, les mélangeurs actifs comportent des pièces mobiles. Cependant, leurs besoins en entretien peuvent être minimes et leur empreinte énergétique est généralement faible.

Facilité de mise à niveau / d'installation / d'entretien

Les systèmes de mélange actifs s'installent facilement dans des cuves neuves ou existantes, sans avoir recours à des grues, à des perçages ni à la vidange des cuves. Ils peuvent être fixés à l'aide d'un socle au sol, de supports de suspension ou de supports tubulaires. Ils se démontent facilement pour permettre l'inspection et l'entretien des cuves.

Avantages de l'agitation active dans les réservoirs d'eau

La brassage actif dans les réservoirs d'eau présente des avantages tout au long de l'année. En hiver, il empêche la formation de glace. En été, il empêche toute stratification de se produire.

En hiver, le brassage actif permet d'éviter que les réservoirs d'eau ne subissent des dommages. Pour les réservoirs d'eau situés dans des régions au climat froid, les systèmes de brassage actif offrent plusieurs avantages :

• Réduire considérablement les dégâts matériels causés par la formation de glace
• Réduire au minimum le risque de formation de biofilms et de formation de sous-produits de désinfection
• Améliorer la qualité globale de l'eau

En été, la mixage actif élimine la stratification. En éliminant la stratification, le mixage actif a des effets positifs sur l'âge de l'eau et la désinfection, et réduit les risques de nitrification et de formation de sous-produits de désinfection.

Réduction de l'âge de l'eau et des pertes résiduelles

Un système de brassage actif garantit une qualité d'eau homogène dans l'ensemble du réservoir, ce qui réduit l'âge de l'eau. Il minimise, voire élimine, la formation de biofilm en diffusant en continu du désinfectant sur toutes les surfaces intérieures. Cela permet ainsi de réduire les besoins en désinfectant. Il réduit également la contamination organique due à la prolifération microbienne.

Réduire le risque de nitrification dans l'eau chloraminée

Bien que l'agitation active réduise le risque de nitrification dans les réservoirs d'eau, elle ne résout pas complètement le problème. La nitrification dans les systèmes utilisant des chloramines est un problème complexe, mais une agitation complète et continue est essentielle pour la maîtriser. Si un renforcement de la désinfection est également nécessaire, celui-ci s'avère bien plus efficace et performant dans un réservoir d'eau bien mélangé.

Réduction de la production de Dbps et du risque de contamination biologique

Une qualité d'eau homogène, notamment le maintien de niveaux efficaces de chlore résiduel, élimine le risque de contamination biologique. La diminution de l'activité biologique entraîne une réduction de la matière organique présente dans l'eau et, par conséquent, de la formation de sous-produits de désinfection.

Les mélangeurs CertiSafe résolvent les problèmes liés aux réservoirs d'eau

Le brassage actif permet une approche proactive, plutôt que réactive, du contrôle de la qualité de l'eau dans le réseau de distribution. Le brassage actif améliore la qualité de l'eau et réduit le nombre de réclamations liées à celle-ci. Le brassage actif assure un mélange homogène de l'eau grâce à :

• permettant de maintenir des taux de chlore résiduel constants dans l'ensemble du réservoir
• élimination de la stratification thermique
• réduction de la croissance du biofilm

Dans le cas improbable où il faudrait ajuster la concentration résiduelle de chlore ou de chloramine dans le réservoir d'eau, un mélangeur actif permet d'assurer un mélange homogène des produits chimiques ajoutés.

Kasco propose une solution économique, conforme à la norme NSF-61, pour répondre à vos besoins en matière de mélange dans les cuves. Parmi les options de mélange actif disponibles, Mélangeur municipal CertiSafe™ de Kasco pour l'eau potable figure en tête de liste grâce à sa conception de pointe, son efficacité exceptionnelle, son rendement opérationnel et sa facilité d'installation

Conclusion

Vos réservoirs d'eau municipaux constituent des actifs précieux, tant du point de vue de votre investissement en capital que de votre engagement à fournir une eau de qualité à votre collectivité. Des contrôles réguliers effectués par les opérateurs et des inspections périodiques réalisées par des ingénieurs professionnels contribueront à protéger vos actifs.

Cependant, même avec des inspections fréquentes, un entretien régulier et les meilleurs opérateurs, des problèmes peuvent tout de même survenir. Ces problèmes peuvent être dus aux températures négatives en hiver et aux températures élevées en été. Toutefois, comme nous l'avons vu, il existe une solution : mélange actif.

Les meilleurs systèmes de brassage actif pour réservoirs d'eau potable sont conçus pour garantir efficacité, sécurité et durabilité. Pour résoudre les problèmes liés à vos réservoirs d'eau, découvrez-en davantage sur Le mélangeur de cuve CertiSafe de Kasco.