Table Of ContentWASTE WATER
ASSIMILATION STUDY
of the
r
South Nation River
Watershed
PLANTAGENET
I
BOURGET
FOURNIER
ST. ISIDORE
EMBRUN
MAXVILLE
RUSSELL
CRYSLER
/
CHESTERVILLE 0
Jar
WINCHESTER SO
WILLIAMSBURG
SPENCERVILLE
TD
Summary Report
1 763
.W37
1993
summary
MOE
Environment
South Illation River
Environnement
Conservation Authority
Ontario
I
I
I
MOE'
BRANCH
DEVELOPMENT
STANDARDS
LIBRARY
0
TD Waste water assimilation study
763 of the South Nation River
.W37 watershed /
1993 78276
summary
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71z2,-.3
WASTE WATER
1 ASSIMILATION STUDY
of the
South Nation River
Watershed
Summary Report
January, 1993
Prepared by Gore and Storrie Limited (Ottawa)
for the South Nation River Conservation Authority
and the Ontario Ministry of the Environment
Copyright 1993 Her Majesty the Queen in right of Ontario as represented by the Authority
CAS
RESUME
Cette Etude a dtd effectude pour ddterminer le potentiel d'assimilation des eaux usdes
par la rivi8re Nation-Sud. Une multitude de source ponctuelles d'eaux usdes, tant
municipales qu'industrielles, ddversent ddj leurs effluents dans la rivi8re Nation-Sud.
Les sources industrielles comptent prdsentement Ault Foods Lt6e et Nestld Lt6e,
tandis que la compagnie Fromages St-Albert Ltde viendra s'ajouter cette liste. La
plupart des municipalit6s qui d6chargent prdsentement cherchent A accroitre leur
capacitd, et d'autres municipalit6s planifient d6verser elles aussi leurs eaux dans un
avenir plus ou moins lointain. Toutes les municipalit6s traitent prdsentement leurs
eaux au moyen de bassins de stabilisation conventionnels, commundment appel6s
lagunes. Les municipalitds qui comptent installer dans le futur des syst8mes de
collection et de traitement des eaux usdes songent utiliser ce syst8me elles aussi. La
pdriode de planification de cette dtude est de 20 ans. Les industries ont fourni elles-
memes leur projection d'accroissement. Les projections de populations utilisdes
f proviennent de rapports prdcddents ainsi que de documents fournis par les diverses
municipalit6s.
Le potentiel d'assimilation des eaux usdes par une rivi8re est en quelque sorte la
possibilitd d'auto-purification inhdrente cette rivi8re. Ce potentiel peut etre ddfini
comme dtant la capacitd de transformer ou incorporer certaines substances (polluants
etc.) par 1'6cosyst8me de sorte que la qualit6 de I'eau demeure A un niveau acceptable
pr6ddtermind. On consid8re que la capacitd d'assimilation est une ressource naturelle.
L'exercice d'allouer ou diviser la capacitd d'assimilation parmi plusieurs d6chargeurs
s'appelle 1'allocation des d6charges d'eaux usdes.
Cette Etude a examind les performances pass6es des lagunes existantes. Certaines
municipalit6s utilisent I'alun pour 1'dlimination du phosphore. La qualitd du
traitement des lagunes existantes est semblable A ce que l'on trouve en Ontario. Des
donndes provenant de lagunes typiques ontariennes ont dt6 utilisdes pour arriver is un
estimd conservateur de la qualitd des effluents des lagunes. Les industries traitent
leurs eaux au moyen de syst8mes congus pour leurs besoins sp6cifiques. Par le pass6,
ces syst8mes ont eu des difficult6s A se conformer aux normes imposdes.
Toutes les donndes disponibles touchant la qualit6 de 1'eau et aux d6bits de la rivi8re
Nation-Sud ont dtd analys6es. Suite A ces analyses, it a dt6 d6termind que I'eau de ]a
rivi8re Nation-Sud est basique, ayant un pH d'environ 7.5. La qualit6 de la rivi4e
s'est am6lior6e depuis 12 ans. Cette amdlioration est probablement due la r6duction
de d6charges d'eaux non-trait6es dans la rivi8re, car plusieurs communautds se sont
munies de syst8mes d'6puration au cours de cette pdriode. Par contre, les
concentrations de pbosphore sont constamment demeur6es au-deli des normes
gouvernementales. Les concentrations d'ammoniaque sont dgalement rest6es dlev6es.
Sur une base annuelle, 98% de 1'ammoniaque et 93% du phosphore retrouv6 daps la
rivi8re provient de sources non-ponctuelles. Durant les p6riodes de d6versement des
eaux usdes, par contre, plus de 50% de 1'apport d'ammoniaque (la substance la plus
probl6matique) provient de sources ponctuelles. De plus, lorsque le d6bit de la rivi8re
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est trds faible, la proportion d'ammoniaque provenant de sources non ponctuelles
augmente sensiblement par rapport 1'apport total.
I
Les concentrations intrins8ques de certains polluants ont 6td estimdes par des m6thodes
statistiques accept6es. La concentration intrins6que de la demande biochimique
d'oxygMe (D.B.O.) est de 2.3 mg/L, tandis que celle de I'ammoniaque est de 0.18 I
mg/L.
ttant donnd la concentration intrinsLque tr8s elev6e de phosphore, la rivii re Nation-
I
Sud n'a aucune capacitd d'assimilation pour ce polluant. Toute nouvelle source
ponctuelle d'eaux usdes, qu'elle soit municipale ou industrielle, devra produire un
effluent de tr8s faible concentration en phosphore. De plus, les sources ponctuelles
I
existantes devront am6liorer leurs proc6dds de k augmenter autant que possible
1'61imination du phosphore. Il est a noter que quelques lagunes ont commencd
r6cemment k r6duire leurs emissions de phosphore en ajoutant de 1'alun A leurs
proc6dds.
Le Minist8re de 1'environnement exige que les dmissions totales de phosphore ne
I
d6passent pas, pour un d6chargeur donnd, les limites imposdes dans le Certificat
d'autorisation du d6chargeur en question. De plus, la concentration de phosphore de
tout effluent ne doit pas d6passer 1 mg/L. Pr6sentement, les communautds de
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Plantagenet, Winchester et la compagnie Ault Foods Ltde sont A la limite des
restrictions imposdes par leurs Certificats d'autorisation respectifs. On ne prevoit
aucune augmentation d'6missions de phosphore. Une r6duction des dmissions
actuelles est desirable. 1
Le potentiel d'assimilation des cours d'eau du bassin versant de la rivi&e Nation-Sud
a dtd analysd sur une base des debits volumdtriques 7Q20 et 30Q20. Une analyse 1
statistique des debits de ces cours d'eau a dt6 entreprise, et les debits de toutes les
station de jaugeage ont 6td d6terminds pour les saisons de 1'automne et du printemps.
En utilisant une fen@tre mobile de durde constante (soit 7 ou 30 jours), les
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hydrographes reprdsentant les debits 7Q20 et 30Q20 ont dtd ddveloppds pour chaque
station.
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A partir de ces hydrographes, ]a pdriode de dilution maximale de chaque station a dt6
d6terminde. Les d6buts et les fins de ces pdriodes ne coincidaient dvidemmentpas,
dtant donnd la nature diffdrente des cours d'eau A chaque station. Trois pdriodes ou
fendtres ont donc dt6 d6finies. Les dates des d6buts et fins de pdriodes furent utilis6es
pour ddfinir ces fendtres. La date de d6but la plus tardive et la date de fin la moins
tardive bornent la fen6tre minimale (de durde minimale). La premiere des dates de
I
d6but et la date de fin la plus tardive boment la fenttre maximale (de dur6e
maximale). La moyenne des dates de d6but et la moyenne des dates de fin bornent la
fen6tre moyenne (de dur6e moyenne). Une meilleure utilisation de I'hydrographe est
possible en utilisant le concept des fendtres multiples. Ceci rdsulte en une plus grande I
utilisation du potentiel d'assimilation de ]a rivii re.
Pour chacune des stations, les debits volumdtriques 7Q20 et 30Q20 de chacune des
fendtres mentionndes ci-haut ont dtd examinds. Les debits minimaux ont 6t6 retenus.
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Uaire de chacun des bassins versants a 6t6 Evalude. Une corrdlation a ensuite 6td
ddriv6e entre les aires et les d6bits. Ces corrdlations furent utilis6es pour estimer les
d6bits h tous les points d'int6rat. Les d6bits 7Q20 de I'automne ne furent pas
1
calcul6s de cette fagon, les donndes pour cette pdriode dtant trop 6parpilldes. Les
d6bits 7Q20 pour 1'automne furent calcul6s en multipliant le d6bit 7Q20 de 1'automne
la station Plantagenet (estimd de fagon statistique) par le ratio de faire du bassin
versant au point d'intdret a ]'afire du bassin versant de la station Plantagenet.
En plus des bassins de stabilisation conventionnels, le syst8me d'a6ration prolongde
avec nitrification et le proc6d6 New Hamburg furent considdr6s comme alternatives.
Les effluents de ces trois types de traitement furent dvalu6s afin de voir s'ils
satisfaisaient les nouvelles normes de toxicit6 et de ldtalit6 contempldes par le
Ministdre de 1'environnement. Ces normes s'appliquent sur 1'effluent lui-meme,
avant meme qu'il ne sorte de la conduite d'efffuent. Afin de se conformer aux
normes portant sur 1'hydrogdne sulfur6, toute lagune (existante ou projet6e) devra se
munir d'une cellule (petite lagune) d'a6ration. II est aussi possible que les lagunes ne
puissent produire un effluent conforme au normes portant sur 1'ammoniaque, surtout
lors de d6versements printaniers. Malheureusement, le printemps est ]a pdriode de
d6versement la plus importante, gr2ce A la fonte des neiges qui augmente les d6bits et
du meme coup la capacit6 d'assimilation. Les proc6d6s d'a6ration prolongde et New
Hamburg, quoique plus coOteux, produisent un effluent de meilleure qualitd qui ne
devrait avoir aucunes difficult6s a rencontrer toutes les normes.
Les quantit6s d'eau de rivi8re disponible pour la dilution et Passimilation de
I
I'ammoniaque des eaux us6es 6taient insuffisantes chez certains d6chargeurs. Le pH
61ev6 de la rivie re et la forte concentration intrinsi que d'ammoniaque contribuent k
rendre 1'ammoniaque le polluant limitant. Parmi ces d6chargeurs, certains doivent
relocaliser leur point de d6versement A un endroit en aval of ]a dilution est plus
grande. D'autres doivent am6liorer la qualitd de leur effluent en utilisant un traitement
plus avanc6 (et plus colateux).
Un moMe informatisd a dtd ddveloppd. La courbe en sac d'oxygi ne dissous fut
trouv6e grAce A une version modifide de 1'6quation Streeter-Phelps. Cette Equation
incorporait, en plus des facteurs classiques, la demande azotde d'oxygdne et la
demande s6dimentaire d'oxygi ne. La d6gradation (ou assimilation) de la D.B.O. et
Pammoniaque fut caract6ris6e par des dquations diffdrentielles du premier ordre. La
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demande s6dimentaire d'oxygMe ne fut examinde que pendant 1'automne, puisque les
d6bits rapides et forts du printemps devraient en th6orie d6barrasser le lit riverain des
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math res bioddgradables qui s'y sont d6pos6es durant 1'6td. Le mod6le tenait compte
des d6bits d'eaux us6es, des d6bits de base de la rivii re et de ses affluents, des
dmergences d'eaux phrdatiques etc.
En automne, les normes concernant 1'oxygi ne dissous ne pouvaient We ob6ies meme
si tous les d6chargeurs s'abstenaient de d6verser leurs eaux us6es. La faiblesse des
d6bits automnaux, ]a concentration intrins8que dlev6e de D.B.O. ainsi que la demande
s6dimentaire d'oxy&e contribuent A cette situation ddplorable. 7bute possibilit6 de
d6versement automnal fut donc dlimin6e. La totalit6 des eaux us6es devra donc We
ddvers6e pendant les fenetres du printemps.
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Uallocation des ddcharges d'eaux usdes a dtd effectu6e grace au module pour les
niveaux de population prdsents et futurs. La m6thode consistait a maximiser
]'utilisation de la capacitd d'assimilation dans les r6gion les plus en amont d'abord,
puis de continuer successivement en aval.
II fut d6termind que 1'ammoniaque est le polluant limitant au printemps. Les r6sultats
de l'optimisation sont les suivants:
Pour les conditions pr6sentes et futures, en utilisant les d6bits 7Q20 ou 30Q20, 1
Williamsburg devra utiliser un syst8me d'a6ration prolongde avec nitrification,
car les faibles ddbits du drain McMartin ne peuvent assimiler ]'effluent d'une
lagune.
Winchester devra relocaliser son point de d6charge k la rivi8re Nation-Sud.
I
Maxville et Ault Foods Lt6e devront relocaliser leurs points de d6charge plus
en aval sur la rivi8re Castor.
Pour les conditions prdsentes et projet6es, en utilisant les d6bits 30Q20, toutes
les autres communaut6s pourront faire le traitement de leurs eaux usdes au
moyen de lagunes conventionnelles.
Pour les conditions pr6sentes, en utilisant les d6bits 7Q20, toutes les autres
communaut6s pourront faire le traitement de leurs eaux usdes au moyen de
lagunes conventionnelles.
Pour les conditions futures, en utilisant les d6bits 7Q20, les communautds
d'Embrun et de Moose Creek (en plus de Williamsburg) devront utiliser des
syst6mes d'adration prolongde avec nitrification. Toutes les autres
communautds pourront faire le traitement de leurs eaux usdes au moyen de
lagunes conventionnelles.
Un scdnario de d6chargement par 6tapes a dtd d6velopp6. Plus les conditions
sont s6v8res, (en commengant par la condition prdsente avec les d6bits 30Q20
et en finissant avec la condition future avec les d6bits 7Q20) plus ]'utilisation
par 6tapes des trois fen@tres de base (maximale, moyenne et minimale) est
n6cessaire. Uutilisation par dtapes des fen@tres permet une meilleure
utilisation de 1'hydrographe du printemps, donc un meilleure usage de ]a
capacitd d'assimilation de la rivi8re.
Une analyse de la zone de diffusion fut 6galement entreprise. Il fallait voir si, lors de
la diffusion des eaux usdes traitdes dans ]a rivi6re r6ceptrice, la concentration de
I'ammoniaque ne violait aucune norme sur au moins 75 pour-cent de la surface de
I
toute section transversale le long de la rivi8re. Cette analyse se bornait A
1'ammoniaque, qui est le polluant limitant. L'objectif d'une zone de passage de 75
pour-cent peut @tre atteint partout le long de ]a rivi4e Nation-Sud pour les conditions
pr6sentes et futures aux ddbits 30Q20, et pour les conditions pr6sentes aux d6bits
7Q20. Aux d6bits 7Q20, pour les conditions futures, les trongons les plus en amont
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ne peuvent pas fournir une zone de passage de 75 pour-cent. La plupart des affiuents
ne pouvaient fournir cette zone de passage sous aucunes conditions.
Une dvaluation comparative des cot3ts des diverses options de traitement a 6t6
entreprise. Les traitements par a6ration prolongde avec nitrification ainsi que le
procdd6 New Hamburg devraient avoir des coots capitaux tr8s semblables.
Les recommandations majeures d6coulant de cette dtude sont les suivantes: un
programme intensif de surveillance de la qualit6 des eaux des rivitres du syst6me
Nation-Sud devrait We mis sur pieds; une analyse stochastique ayant pour but de
d6finir la fr6quence et durde des conditions nuisibles A la sant6 de la rivi6re devrait
titre entreprise; une Etude approfondie des sources non ponctuelles de pollution devrait
We entreprise afin d'dventuellement aboutir A la mice en oeuvre de mesures visant h
diminuer Papport non-ponctuel de pollution.
La possibilitd de contr6ler et faire varier les d6bits de d6versement d'eaux usdes au
prorata des d6bits de la rivi8re off're le potentiel d'augmenter sensiblement le degr6
d'utilisation de la capacitd d'assimilation des cours d'eaux.
Il est imp6ratif d'6tablir des politiques claires sur les questions d'allocation des
d6charges d'eaux usdes, ainsi que ]'allocation des ressources hydriques. En plus des
effets que ces politiques peuvent avoir sur la quantitd des discharges permises, leurs
traitements et cor1ts r6sultants, it Taut considdrer les enjeux socio-d6mographiques,
politiques et socio-dconomiques de ces politiques.
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ENTEREO AUG 1 0 2001
MOF
TABLE OF CONTENTS
STANDARDS DEAlL,01 IAENT BRANCH
LIBRARY
'
INTRODUCTION
'
STUDY SUMMARY
SUMMARY OF DISCHARGERS
'
EXPLANATORY NOTES ............................
3.1 .................... 3-1
3.2 BOURGET 3-7
CASSELMAN .................. .
3.3 CHESTERVILLE .................... ................. ..... ......... . 3-8
3.4 3-10
' 3.5 CRYSLER 3-12
.....................................:
3.6 EMBRUN 3-13
3.7 FMOUARNIXERV .I.L..L..E.. .................................................................. 3-15
3.8 3-16
3.9 MOOSE CREEK 3-18
3.10 PLANTAGENET .................................. 3-19
3.11 RUSSELL ...................................... 3-21
3.12 SPENCERVILLE 3-23
3.13 SSTT.A.L BIESRITD ..O..R..E.. ................................................................ 3-25
3.14 3-26
'
3.15 WILLIAMSBURG 3-28
3.16 WINCHESTER ................................... 3-30
3.17 AULT FOODS LIMITED - WINCHESTER ................. 3-32
3.18 NESTLE ENTERPRISES LTD. - CHESTERVILLE ............ 3-34
3.19 ST. ALBERT CHEESE LTD ........................... 3-36
'CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
CONCLUSIONS ................................... 4-1
4.1
RECOMMENDATIONS .............................
4.2 4-3
i
