Californie – Pollution des eaux usées

Reconstitution des eaux souterraines du comté d'Orange

Localisation

Le comté d'Orange, en Californie, est une zone urbaine située sur la côte de l'océan Pacifique, au sud du comté de Los Angeles. Avec une population de 3 millions d'habitants en 2010, c'est le troisième comté le plus peuplé de Californie.

Le défi

L'Orange County Water District (OCWD) est connu pour avoir construit, en 1976, l'une des premières installations aux États-Unis pour transformer les eaux usées en eau purifiée. Ce projet initial, appelé Water Factory 21, a jeté les bases d'une expansion en 2008 dans le plus grand système avancé de purification d'eau au monde pour la réutilisation de l'eau potable. Bien que le projet n'ait pas été initialement conçu en tenant compte de la santé des océans, il a permis d'éviter le rejet de milliards de gallons d'eaux usées traitées dans l'océan, tout en fournissant de l'eau propre à des centaines de milliers de personnes dans une zone sujette à la sécheresse.

Au milieu des années 1970, après avoir connu un boom démographique et une demande accrue en eau, l'aquifère d'eau douce souterraine du comté d'Orange avait été réduit. L'eau salée de l'océan s'infiltrait à l'intérieur des terres, ce qui menaçait l'approvisionnement en eau potable du comté. Les dirigeants de l'OCWD ont décidé de construire une usine qui pourrait purifier les eaux usées du comté afin que l'OCWD puisse réinjecter l'eau traitée dans l'aquifère, où elle agissait comme une barrière et empêchait l'intrusion d'eau salée.

L'installation, connue sous le nom de Water Factory 21, était en mesure de produire environ 15 millions de gallons d'eau propre par jour. Au fur et à mesure que la population du comté augmentait et que de plus en plus d'eau était prélevée dans les aquifères souterrains, l'intrusion d'eau salée continuait d'être un problème. La sécheresse était également courante, entraînant de fréquentes pénuries d'eau. À l'époque, l'approvisionnement en eau du comté provenait des eaux souterraines, la rivière Santa Ana, et était également importé à un coût important du fleuve Colorado et du nord de la Californie. Importer plus d'eau n'était pas aussi fiable en période de sécheresse.

Un autre problème auquel le comté était confronté était qu'un grand tuyau de rejet, qui envoyait les eaux usées traitées d'une usine de traitement dans l'océan, avait atteint sa capacité. Si les sources d'eau étaient agrandies pour répondre à la demande, le tuyau ne serait pas en mesure de gérer le volume supplémentaire.

Les dirigeants de l'OCWD ont pesé différents plans d'expansion, à la recherche de l'option la plus abordable qui permettrait également de renforcer l'approvisionnement en eau même pendant les sécheresses, pour finalement concevoir le projet de système de reconstitution des eaux souterraines (GWRS). Dans le cadre de ce plan, l'OCWD s'est associé à l'Orange County Sanitation District (OCSD) pour construire le plus grand système avancé de purification d'eau au monde pour la réutilisation de l'eau potable.

Les mesures prises

L'installation construite par OCWD et OCSD est devenue opérationnelle en 2008 et était initialement en mesure de produire 70 millions de gallons d'eau propre par jour. En 2015, l'usine a été agrandie pour produire 100 millions de gallons par jour, et l'usine subit actuellement une autre expansion qui produira 130 millions de gallons par jour en 2023.

Comment ça marche

Avant de se rendre à la station d'épuration, les eaux usées subissent d'abord un processus de traitement plus typique appelé traitement secondaire, qui comprend des tamis à barres, des chambres à sable, des filtres à ruissellement, des boues activées, des clarificateurs et une désinfection. Une fois ce processus terminé, il est envoyé à l'usine GWRS. Conçue par la société d'ingénierie CDM Smith, l'usine utilise un processus de purification en trois étapes.

1 - La première étape est la microfiltration, qui repose sur de minuscules fibres creuses de polypropylène, semblables à des pailles, avec de minuscules trous sur les côtés de 0.2 micron de diamètre (1/300 du diamètre d'un cheveu humain). En aspirant l'eau à travers les trous au centre des fibres, les solides en suspension et les agents pathogènes sont filtrés hors de l'eau.

La microfiltration implique l'utilisation de minuscules fibres creuses de polypropylène, semblables à des pailles, avec des trous sur les côtés d'un diamètre de 0.2 micron (1/300 du diamètre d'un cheveu humain). En aspirant l'eau à travers les trous au centre des fibres, les solides en suspension et les agents pathogènes sont filtrés hors de l'eau. Photo © Orange County Water District

2 - Au cours de la deuxième étape, l'eau subit une osmose inverse, où l'eau sous pression est forcée à travers une fine membrane qui élimine les agents pathogènes et les produits chimiques, y compris les produits pharmaceutiques.

Après microfiltration, l'eau subit une osmose inverse, où l'eau sous pression est forcée à travers une fine membrane qui élimine les agents pathogènes et les produits chimiques, y compris les produits pharmaceutiques. Photo © Orange County Water District

3 - La troisième étape consiste en un traitement final à la lumière ultraviolette, qui désinfecte l'eau en dénaturant l'ADN de tout pathogène restant; Le peroxyde d'hydrogène est également utilisé pour éliminer le fer, les tanins et les matières organiques de faible poids moléculaire grâce à un processus d'oxydation avancé, qui rompt les liaisons moléculaires des contaminants restants. Les minéraux sont rajoutés dans l'eau pour la tamponner et stabiliser le pH, avant d'entrer dans le système de distribution.

Un traitement final à la lumière ultraviolette désinfecte l'eau en dénaturant l'ADN de tout pathogène restant; et le peroxyde d'hydrogène est également utilisé pour éliminer le fer, les tanins et les matières organiques de faible poids moléculaire grâce à un processus d'oxydation avancé, qui rompt les liaisons moléculaires des contaminants restants. Photo © Orange County Water District

L'eau traitée par GWRS dépasse les réglementations nationales et fédérales pour l'eau potable. (Pour plus de détails techniques, voir Visite technique du système de reconstitution des eaux souterraines.) Les eaux traitées, les eaux souterraines et les eaux de surface font l'objet d'une surveillance approfondie au Laboratoire de la qualité de l'eau Philip L. Anthony, où il est testé pour plus de 500 composés (l'EPA n'en réglemente que 90, laissant des milliers de produits chimiques non réglementés). Le laboratoire analyse l'eau d'environ 1,500 20,000 emplacements dans tout le bassin, analyse plus de 400,000 200 échantillons chaque année et rapporte plus de XNUMX XNUMX résultats. OCWD fournit également des analyses régionales de plus de XNUMX puits d'eau potable pour les fournisseurs locaux d'eau potable.

Après le traitement, environ un tiers du volume produit est injecté dans des puits profonds le long de la côte, formant une barrière d'eau douce contre l'intrusion d'eau de mer, et le reste est utilisé pour aider à reconstituer le bassin des eaux souterraines du comté d'Orange. Cela se produit en permettant à l'eau de s'accumuler dans de grands étangs, puis de percoler à travers le sable et le gravier par gravité pour un stockage éventuel dans un aquifère souterrain. Bien que le processus de percolation puisse fournir une filtration supplémentaire, dans le cas de l'OCWD, l'eau a déjà été purifiée à des niveaux proches de la distillation, et cette étape est en grande partie pour une couche supplémentaire de protection mandatée par les régulateurs d'eau potable en Californie. Cela fournit également un avantage psychologique, aidant à apaiser l'aversion des consommateurs à l'utilisation de l'eau recyclée pour augmenter les sources d'eau potable traditionnelles. Les détaillants prélèvent l'eau du bassin à travers plus de 400 puits et la canalisent vers les consommateurs.

Dans quelle mesure a-t-il réussi?

Le programme fournit actuellement 100 millions de gallons par jour, ce qui est suffisant pour répondre aux besoins de 850,000 77 personnes. Le bassin des eaux souterraines du comté d'Orange fournit environ 2.5% de l'approvisionnement total en eau à 130 millions de personnes vivant dans le nord et le centre du comté d'Orange. L'usine subit actuellement une autre expansion, qui devrait porter sa capacité à 2023 millions de gallons par jour en XNUMX.

Bien que ce système ait été lancé principalement pour garantir une eau propre à des fins résidentielles et commerciales et n'a pas été initié par souci de l'impact des rejets d'eaux usées traitées dans l'océan, depuis sa création en 2008, le système a néanmoins créé environ 329 milliards de gallons de eau propre recyclée. Une partie importante de cette eau aurait probablement été rejetée à la mer si le système n'avait jamais été construit et mis en œuvre.

Le système crée toujours un flux de déchets. Le processus de purification crée 85% d'eau propre en volume, tandis que 15% sont renvoyés à l'OCSD pour être traités ultérieurement. À ce stade, il ressemble à du thé glacé foncé. Les solides sont séparés et mis en décharge. Ce qui reste est toujours déversé dans l'océan par des tuyaux de rejet, qui emmènent l'eau à cinq miles dans l'océan à une profondeur de deux cents pieds sous la surface de l'eau.

L'OCSD récolte également du méthane et de l'hydrogène. L'hydrogène est utilisé pour les voitures à hydrogène et il y a une station de charge à la porte d'entrée.

Le GWRS a servi de modèle à d'autres endroits, démontrant que le recyclage de l'eau peut fonctionner et devenir largement accepté comme solution de traitement des eaux usées dans une grande région métropolitaine relativement riche. Le district a collaboré avec Singapour, qui a construit et utilise maintenant au moins trois usines plus petites utilisant une technologie similaire, et de nombreuses villes de Californie, des États-Unis et du monde entier examinent maintenant si la récupération des eaux usées pourrait fonctionner pour elles.

Les minéraux sont rajoutés dans l'eau purifiée pour la tamponner et stabiliser le pH, avant d'entrer dans le système de distribution. Photo © Orange County Water District

Les leçons apprises

La sensibilisation du public ne peut jamais s'arrêter, et elle doit être précoce et souvent. Le comté d'Orange a appris des échecs précoces à San Diego en 1994 et à Los Angeles en 2000, où les deux ont essayé de passer des programmes de recyclage de l'eau et ont échoué. À Los Angeles, les perceptions de la justice sociale ont joué un rôle, car ce sont les régions les plus pauvres qui devaient recevoir l'eau recyclée. Depuis, San Diego a construit une usine de dessalement des océans (plus chère et plus énergivore).

OCWD a investi dans le travail avec les écoles pour impliquer les enfants, y compris un festival annuel de l'eau pour les élèves de 5e et 6e année et des cours destinés aux jeunes adultes, dispensés dans les collèges communautaires locaux; le District propose au public des visites gratuites de l'usine; le site Web est sophistiqué, avec des explications et des vidéos simplifiées, ainsi que des bibliothèques de rapports plus approfondis.

Le GWRS a été extrêmement bien accueilli. Sur 158 articles sur l'opération publiés dans des périodiques entre 2000 et 2016, il n'y a eu aucune couverture négative, la majorité des articles jugés neutres (72%) ou positifs (28%).

Enseigner au personnel qui dirige l'usine comment parler publiquement de son travail sans jargon, et leur demander de faire la sensibilisation et les présentations, plutôt que les entreprises de relations publiques, a été efficace. La Californie a récemment adopté une loi qui permet à l'établissement d'embouteiller une petite partie de l'eau produite là-bas, ce qui signifie que le personnel peut apporter l'eau aux festivals et aux foires communautaires afin que les gens puissent voir que l'eau est d'une propreté étincelante. La peur de boire de l'eau recyclée diminue avec la familiarité.

Avoir un aquifère où l'eau peut être réinjectée offre un avantage psychologique pour apaiser l'aversion du public. Il fournit également une couche de protection supplémentaire assurant les mélanges d'eau recyclée avec les eaux souterraines natives.

Les améliorations apportées à la technologie des membranes ont réduit le coût énergétique de l'osmose inverse de 75% depuis les années 1970.

Les gens se demandent souvent pourquoi le comté ne dessale pas l'eau des océans. Il est plus difficile et plus coûteux de purifier l'eau salée que de purifier les eaux usées. L'eau de l'océan contient environ 35,000 2000 ppm de sels, tandis que les eaux usées en contiennent moins de XNUMX XNUMX ppm.

Il s'agit d'une grande entreprise financière, avec des coûts proches de 1 milliard de dollars, et les estimations pour faire le même programme aujourd'hui sont plus proches de 2 milliards de dollars.

Au fil du temps, les réglementations ont été affinées au fur et à mesure que les données provenaient d'installations comme le GWRS. Lorsque le programme a débuté, la Division californienne de l'eau potable a exigé que l'eau soit stockée sous terre pendant six mois, ce qui a créé des problèmes d'infrastructure et d'ingénierie. Désormais, le temps de stockage souterrain a été réduit à trois mois.

Résumé du financement

Le coût total estimé de la construction du GWRS est de près de 1 milliard de dollars (973 millions de dollars, dont 481 millions de dollars en coûts de construction pour l'installation initiale de 70 millions de gallons par jour). Cela a été payé par 135 millions de dollars de prêts fédéraux à faible taux d'intérêt et 167 millions de dollars de prêts d'État à faible taux d'intérêt, des subventions compensant la différence, dont 90 millions de dollars de subventions d'agences, dont le California Department of Water Resources, the Environmental Protection Agency, Metropolitan Water District of Southern California, et autres.

L'importation d'eau d'ailleurs coûte environ 1,000 525 $ l'acre-pied; tandis que le coût de l'eau produite au GWRS est de 850 $ l'acre-pied avec subventions, ou XNUMX $ l'acre-pied sans subventions.