Titulaires d'une chaire

Profil

Yang Liu

Département de génie civil et environnemental
University of Alberta

Titre de la chaire

Chaire de recherche industrielle du CRSNG en développement urbain durable pour l’eau

Programme de la chaire

Programme de professeurs-chercheurs industriels

Rôle

Titulaire agrégé depuis 2017

Sommaire

En raison de l’évolution du profil démographique et des changements climatiques, nos réseaux urbains d’alimentation en eau et leur agrandissement posent des défis de plus en plus grands. La plus grande partie de l’infrastructure souterraine est construite depuis 50 à 100 ans. En 2016, le cout de modernisation de cette infrastructure était estimé à 82 milliards de dollars. De plus, les systèmes de collecte et de traitement des eaux et des eaux usées consomment beaucoup d’énergie, engendrent des couts élevés et ont des répercussions importantes sur la santé et l’environnement. Mais l’adoption du nouveau paradigme de récupération des ressources représente une solution économique, puisque les eaux usées municipales contiennent suffisamment d’énergie (sous la forme de matières organiques, d’azote et de phosphore) pour que les systèmes de traitement novateurs aient un bilan énergétique neutre et même positif. Plusieurs intervenants des milieux universitaire et industriel préconisent de délaisser les services d’eau centralisés classiques pour adopter des stratégies de remplacement qui mettent l’accent sur la réutilisation décentralisée, les eaux de sources dérivées qui favorisent la récupération de l’énergie et des nutriments et la gestion adaptée qui donne la souplesse requise pour limiter les nouveaux problèmes. Pour déterminer les dates et les interventions, il est essentiel de tenir compte du fait que la nouvelle infrastructure sera en place pour au moins 50 ans. Une évaluation critique des solutions de remplacement écoénergétiques et durables doit donc être réalisée avant d’envisager sérieusement de les adopter.

Compte tenu du contexte actuel de gestion des eaux usées urbaines au Canada, l’objectif global du programme de la chaire est d’évaluer et d’optimiser les bioréacteurs manufacturés qui favorisent la conservation de l’énergie et la réduction écoénergétique des nutriments, afin d’intégrer le traitement des eaux usées basé sur la récupération des ressources aux réseaux urbains d’alimentation en eau. Il s’agit de profiter de l’occasion unique d’élaborer des réseaux municipaux pour le traitement durable des eaux usées en produisant des connaissances grâce à la recherche fondamentale, en faisant la démonstration et l’optimisation des procédés à l’échelle pilote, en formant du personnel hautement qualifié (PHQ) et en établissant des relations de collaboration efficaces avec l’industrie pour qu’elle se serve des résultats. La première étape consiste à évaluer les éléments fondamentaux des processus qui se déroulent dans certains bioréacteurs dont les opérations unitaires sont connues, afin d’obtenir de nouvelles connaissances pour améliorer la configuration de la chaine de traitement, ce qui favorisera la récupération du méthane (énergie), la réduction des nutriments et, au bout du compte, la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Un volet important de la recherche consiste à évaluer les facteurs qui influent sur la diversité de la population microbienne, ainsi que sur la dynamique et la stabilité fonctionnelles des bioréacteurs où différentes matières premières sont utilisées. Le but est d’établir un lien entre les activités ou les éléments microbiens et les facteurs opérationnels qui influent sur la conservation de l’énergie et la réduction des nutriments, afin d’accroitre l’efficacité de la récupération des ressources. Les connaissances acquises sur les éléments microbiens et leurs gènes fonctionnels permettront d’optimiser les opérations unitaires biologiques et d’améliorer l’intégration de la chaine de traitement. Enfin, les configurations et le rendement recommandés pour les bioréacteurs seront documentés, et les retombées relatives des différents procédés de traitement seront évaluées en fonction du cycle de vie (retombées sur l’environnement et la santé). Les principaux renseignements sur la conception, les couts et l’exploitation seront modélisés à l’aide d’une plateforme de dynamique de système qui évaluera le traitement centralisé et décentralisé des eaux usées domestiques collectées dans les égouts existants et dans les nouveaux systèmes de sources dérivées.

Actuellement, des facteurs limitent la commercialisation de solutions de traitement à bilan énergétique positif, notamment l’incertitude technique, les économies d’échelle, les structures de gouvernance et le manque général de confiance et de mécanismes de règlementation. On espère obtenir, grâce au programme de recherche de la chaire, des connaissances fondamentales sur les options d’exploitation et d’optimisation des bioréacteurs qui favoriseront l’adoption du traitement à bilan énergétique positif des eaux usées, réduiront les préoccupations techniques, susciteront la confiance à l’égard du rendement global du système de traitement et guideront l’élaboration des futures pratiques de gestion des eaux usées urbaines au Canada. Voici les résultats prévus pour les cinq prochaines années.

• Produire des connaissances fondamentales scientifiques et techniques sur le traitement à bilan énergétique positif des eaux usées qui permet de récupérer l’énergie, de réduire ou de récupérer les nutriments et de peaufiner le procédé pour maximiser la qualité des effluents restants avant le rejet dans l’environnement ou la réutilisation de l’eau.
• Acquérir l’expertise cruciale à la transition aux nouveaux systèmes de gestion des eaux usées.
• Donner aux étudiants diplômés une formation pour qu’ils acquièrent des connaissances universitaires et industrielles et une expérience qui les aideront à passer de l’université au milieu du travail (dans un service public, un organisme de règlementation ou une entreprise). De plus, la chaire sera un point de départ pour élaborer les nouveaux programmes de formation destinés aux exploitants qui devront gérer les nouveaux systèmes de traitement à bilan énergétique positif.

À moyen et à long terme (plus de cinq ans), le programme de recherche devrait mener à l’intégration des options en matière de développement urbain durable liées au traitement des eaux usées autorisé par la règlementation, ce qui facilitera le traitement efficace et sûr des eaux usées urbaines et réduira l’empreinte énergétique partout au Canada. En outre, cela favorisera la création d’ensembles résidentiels plus rentables qui produiront moins d’émissions de carbone et réduira la dépendance à l’égard des sources d’énergie externes et des subventions gouvernementales d’infrastructure.

Partenaires

• EPCOR Utilities Inc.
• Alberta Innovates
• WaterWerx

Coordonnées

Département de génie civil et environnemental
University of Alberta

Courriel : yang.liu@ualberta.ca

Site Web :
http://www.civil.engineering.ualberta.ca/Research/ResearchAreas/Environmental/YangLiu.aspx