La gestion intégrée des ressources en eau par bassin versant requiert de bonnes connaissances du territoire à l'étude afin d'inclure le suivi de la qualité de l'eau de la « source au robinet » dans la planification territoriale. Un accès efficace à tout type de données relatives à la qualité de l'eau, incluant l'occupation du sol et les risques (impacts anthropiques, environnementaux, etc.), permettrait aux intervenants de divers milieux de prendre en considération le portrait complet des informations disponibles pour une prise de décision éclairée. Inventorier, assembler, analyser et interpréter les données peut représenter un défi supplémentaire lorsque les informations à colliger proviennent de sources différentes, tout particulièrement pour les organismes de bassins versants (OBV) et les petites municipalités qui n'ont pas toujours les moyens d'avoir des spécialistes en gestion de bases de données et en systèmes d'information géographique (SIG). Ce projet de maîtrise porte sur le développement d'un cadre méthodologique concernant l'acquisition, la gestion et l'utilisation des données relatives à la qualité de l'eau dans les bassins versants où existent des prises d'eau potable. Après une étude approfondie des exigences gouvernementales concernant la protection des sources, il sera question d'optimiser la gestion des données en concordance avec le Règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection (RPEP) du Québec. Dans un contexte où de nombreuses municipalités du Québec doivent répondre aux exigences du RPEP d'ici 2021, un logiciel spécialisé en gestion des données sur la qualité de l'eau a été adapté afin d'aider les gestionnaires de la ressource en eau qui ont le mandat de répondre au RPEP. Ce projet permettra d'optimiser le processus d'acquisition et de traitement de l'information requise (eau et territoire) pour l'évaluation de la vulnérabilité des prises d'eau potable. L'évaluation de la vulnérabilité des prises d'eau potable est une démarche fondamentale de la protection des sources d'eau et de l'harmonisation de cette dernière avec l'occupation du territoire. La méthodologie développée pour une étude de cas dans les Laurentides montréalaises est applicable à d'autres bassins versants du Québec et d'ailleurs.

Le suivi règlementaire des sous-produits de la désinfection (SPD) dans l’eau potable fournit généralement aux opérateurs des usines de production d’eau potable un portrait partiel de la performance du traitement en termes de SPD, étant donné la basse fréquence d’échantillonnage exigée. Une rétroaction plus fréquente sur les concentrations de SPD permettrait une optimisation des paramètres d’opération susceptible d’influencer l’enlèvement des précurseurs de SPD et la désinfection. Il importe alors d’avoir une méthode de suivi simple, rapide, et à fréquence élevée, voire en continu, des concentrations de SPD dans l’eau potable. L’absorbance UV différentielle (ΔA) est une méthode d’estimation des concentrations de SPD à coût faible, pouvant être effectuée rapidement et fréquemment, qui consiste à utiliser la différence entre une mesure de l’absorbance UV avant la chloration et une mesure de l’absorbance UV après la chloration pour prédire les concentrations de SPD. L’objectif de cette thèse est de développer une stratégie de suivi en continu de la formation des SPD par l’absorbance UV différentielle en usine afin de permettre une opération préventive et adaptative lors du traitement de l’eau. Cet objectif est divisé en deux sous-objectifs: comprendre pourquoi les relations SPD-ΔA ne sont pas universelles et identifier les stratégies favorisant leur généralisation et leur application à l’échelle réelle, et développer une stratégie d’opération adaptative et préventive du procédé de coagulation-floculation, utilisant comme rétroaction l’absorbance UV-visible, afin de réduire les concentrations de SPD à l’usine et en réseau. À cette fin, un premier essai a été fait afin de vérifier la possibilité d’établir des relations SPD-ΔA valide à l’échelle réelle. Ensuite, une stratégie de coagulation à l’échelle réelle utilisant l’absorbance UV à 254 nm des eaux brutes et décantées a été testée. En parallèle, une série de jar-tests et d’essais de chloration faits sur 8 eaux brutes différentes a permis de construire une base de données sur la coagulation de la matière organique et des précurseurs des SPD, permettant de comparer les résultats obtenus en laboratoire à ceux obtenus à l’échelle réelle. Cette même base de données a aussi servi à établir des relations SPD-ΔA plus largement applicables et à formuler des recommandations sur l’approche à adopter pour généraliser et utiliser ces relations. Les résultats des essais à l’échelle réelle montrent qu’il est possible d’établir des relations SPD-ΔA autant pour des sous-produits règlementés (trihalométhanes (THM) et acides haloacétiques (AHA)) que pour des sous-produits émergents (haloacétonitriles (HAN), halocétone (HK), et chloropicrine (CPK)) en utilisant l’absorbance UV différentielle à une seule longueur d’onde (272 nm), mais que ces relations varient dans le temps en fonction des paramètres physico-chimiques de l’eau brute et des paramètres d’opération des procédés. L’absorbance UV avant chloration demeure malgré tout un bon indicateur de la concentration de précurseurs de SPD. Ainsi, une stratégie de coagulation basée sur une dose stœchiométrique d’alun par rapport à l’absorbance UV à 254nm de l’eau brute (dose d’alun/UV254 de l’eau brute) a été développée à l’échelle réelle. Les résultats de l’essai de la stratégie à l’échelle réelle et des jar-tests concordent et confirment que l’utilisation d’une dose stœchiométrique d’alun définie permet de maximiser l’enlèvement de l’absorbance UV et des précurseurs dans une situation de qualité de l’eau variable quotidiennement et saisonnièrement. L’utilisation de l’absorbance UV différentielle à plusieurs longueurs d’onde, en plus de l’utilisation de l’absorbance avant chloration, permet d’améliorer les prédictions des relations empiriques SPD-ΔA et de généraliser leur application. En effet, les résultats des jar-tests et des essais de chloration ont montré que ces relations sont applicables à des eaux chlorées ayant des caractéristiques physico-chimiques variées. Spécifiquement, les concentrations de THM semblent mieux prédites en utilisant l’absorbance avant chloration à 270 nm, ΔA à 270 nm et ΔA à 425 nm, l’acide dichloroacétique en utilisant l’absorbance avant chloration à 250nm, ΔA à 250 nm et ΔA à 425 nm, et l’acide trichloroacétique en utilisant l’absorbance avant chloration à 255 nm, ΔA à 255nm et ΔA à 425 nm. L’utilisation de l’absorbance différentielle à plusieurs longueurs d’onde devra être expérimentée à l’échelle réelle dans des recherches futures, entre autres en utilisant des sondes de mesure de l’absorbance en continu. / Regulatory sampling of drinking water for the control of disinfection by-products (DBPs) gives a partial depiction of the performance of a drinking water system in terms of DBPs, given the usually low sampling frequency required. A more frequent feedback on DBP concentrations would allow optimisation of the operation of the treatment processes responsible for the removal of DBP precursors. It is therefore important to develop a simple, rapid and high frequency or even continuous monitoring method for DBPs. Differential UV absorbance (ΔA) is a method, consisting of the use of the difference between the absorbance of a sample before chlorination and after chlorination to predict DBP concentrations that can provide such a feedback rapidly and frequently. The main goal of this thesis is to develop a continuous DBP monitoring strategy using differential UV absorbance in order to achieve a preventive and adaptive operation of water treatment processes. This goal is divided into two sub-objectives : to understand why DBP-ΔA relationships are not universal and to identify ways to generalize their application in full-scale water treatment facilities, and to develop a preventive and adaptive operation strategy of the coagulation-flocculation process, using UV absorbance as a feedback, in order to reduce DBP concentrations at the plant and in the distribution network. To reach these goals, atrial was made to assess the possibility of establishing DBP-ΔA relationships at a full-scale treatment plant. Then, a coagulation strategy using UV absorbance at 254 nm of the raw and settled waters was tested to assess its capacity to reduce DBP concentrations. At the same time, jar-tests and chlorination experiments were conducted on 8 different water sources to build a database on the coagulation of DBP precursors. These results were compared with the full-scale coagulation strategy. The database was also used to establish DBP-ΔA relationships applicable to waters with a wide range of physicochemical characteristics and to formulate recommendations on the approach to take to generalize and use these relationships. The results of the full-scale trials show that it is possible to establish DBP-ΔA relationships for both regulated (trihalomethanes (THM) and haloacetic acids (HAAs)) and unregulated (haloacetonitriles (HANs), haloketones (HKs) and chloropicrin (CPK)) DBPs using differential UV absorbance at one wavelength (272 nm), but that these relationships vary with the raw water physicochemical characteristics and with the operation parameters of the treatment process. Nonetheless, UV absorbance before chlorination remains a good surrogate of the concentration of DBP precursors. A coagulation strategy based on a stoichiometric alum dose related to UV absorbance at 254 nm (alum/UV254) was therefore developed at full-scale. Results from the full-scale trials and the jar-tests are coherent and confirm that using a stable stoichiometric dose maximises the removal of UV absorbance and DBP precursors despite daily and seasonal variations of raw water quality and natural organic matter content. The use of differential UV absorbance at multiple wavelength made it possible to improve the predictive capacity of empirical DBP-ΔA relationships and to generalize their application. Indeed, results from the jar-tests and chlorination experiments showed that these relationships are applicable to chlorinated waters with very different physicochemical characteristics. Specifically, THM concentrations seem to be better predicted using pre-chlorination absorbance at 270nm, ΔA at 270nm and ΔA at 425nm, dichloroacetic acid using pre-chlorination absorbance at 250nm, ΔA at 250nm and ΔA at 425nm, and trichloroacetic acid using pre-chlorination absorbance at 255nm, ΔA at 255nm and ΔA at 425nm. The use of differential absorbance at multiple wavelengths, especially using online absorbance probes, should be tried in a full-scale water treatment facility in future research.

Un traitement conventionnel suivi d'un affinage par nanofiltration (NF) permet de produire une eau potable de qualité exceptionnelle à partir d'une eau de surface, et ce tout en minimisant le colmatage des membranes de NF et en favorisant l'approche multibarrières. L'objectif principal de la présente étude est d'évaluer l'effet des conditions d'opération de la NF sur la productivité de ce traitement d'affinage. Des essais pilotes ont été réalisés entre octobre 2003 et mai 2004 à l'usine de production d'eau potable de l'ancienne ville de Sainte-Foy qui traite l'eau du fleuve Saint-Laurent. Les résultats montrent comment évolue la qualité de l'eau nanofiltrée et la résistance hydraulique additionnelle associée au colmatage des membranes, et ce en fonction des conditions d'opération de la NF, de la qualité de l'eau produite par le traitement conventionnel et de la compressibilité du dépôt colmatant. De plus, les dépôts qui se forment dans les canaux d'écoulement tangentiel des modules spiralés sont quantifiés indirectement par le suivi des pertes de charge.

Ce mémoire présente les résultats d'une campagne d'échantillonnage des sous-produits de la désinfection (SPD) dans un système municipal d'eau potable. En plus des familles de SPD les plus connues (c.-à-d. les trihalométhanes (THM) et les acides halo-acétiques (AHA)), trois familles de SPD émergents (SPDE) sont également étudiées (les haloacétonitriles (HAN), les halonitrométhanes (HNM) et les halocétones (HK)). L'étude de ces cinq familles de SPD présente un grand intérêt puisque plusieurs de ces composés pourraient être cancérigènes. Lors des échantillonnages, les concentrations en SPD et certains paramètre physico-chimiques ont été mesurés à divers points de l'usine de traitement (UTE) et du réseau de distribution d'eau potable. Les résultats obtenus sont analysés d'un point spatial et d'un point de vue temporel afin d'identifier les facteurs déterminants de la variabilité des cinq familles de SPD étudiées. Les conclusions de cette analyse permettent d'identifier les points les plus critiques du système étudié et d'identifier des pistes de solution pour réduire les concentrations en SPD dans l'eau potable. Les résultats montrent, entre autres, que la majorité des SPD sont formés à l'intérieur de l'UTE et que, par conséquent, les interventions visant à limiter la formation de SPD devraient principalement cibler la chaîne de traitement et le réservoir de l'UTE. / This Master's thesis presents the results of a sampling campaign of disinfection by-products (DBPs) in a municipal drinking water system. In addition to the regulated DBP families (i.e. trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs)), three families of non-regulated disinfection by-products (NrDBPs) are also studied (haloacetonitriles (HANs), halonitromethanes (HNMs) and haloketones (HKs)). The study of these five DBP families is of great interest since several of these compounds could be carcinogenic. During the sampling campaigns, DBP concentrations and some physicochemical parameters were measured at various points within the treatment plant (WTP) and the drinking water distribution network. Results obtained are analyzed from a spatial and temporal point of view to identify the main factors influencing the variability of the five DBP families studied. Conclusions of this analysis are used to identify the most critical points in the system and to identify potential solutions to reduce the DBP concentrations in the drinking water network. Results show, among other things, that a considerable proportion of the maximum observed DBP concentrations is generated within the WTP and therefore, interventions to limit the formation of DBPs should focus on the treatment chain and the WTP tank.

Dans l'objectif de distribuer une eau potable sécuritaire pour la santé humaine, les gestionnaires municipaux procèdent à des suivis routiniers de la qualité de l'eau en réseau de distribution. À ces suivis s'ajoute la gestion des plaintes relatives à l'eau potable émises par la population. L'objectif de cette étude est de mieux comprendre la distribution spatiotemporelle des plaintes concernant la qualité de l'eau potable et de mettre en lumière, de manière empirique, des facteurs explicatifs de cette distribution. L'étude comporte deux volets. Le premier volet vise à analyser la distribution des plaintes par unité spatiale (les aires de diffusion définies par Statistique Canada). Le deuxième volet consiste à analyser la variabilité temporelle des plaintes (sur une base hebdomadaire). Une analyse empirique, basée sur l'analyse statistique multivariée (modèles de Poisson) a permis d'identifier les facteurs pouvant expliquer les distributions spatiale et temporelle des plaintes. Concernant le premier volet, l'étude démontre que les caractéristiques socio-économiques et du milieu bâti de la population ont un impact plus appréciable sur la distribution spatiale des plaintes que la qualité de l'eau distribuée. Pour ce qui est du volet temporel, les résultats mettent en lumière la variabilité de la qualité de l'eau brute comme facteur explicatif de la distribution temporelle des plaintes.

The study investigates the contribution of WDM towards mitigating scarcity of potable water in cities with particular reference to Bulawayo.WDM origins and its successes are traced. The study classifies scarcity representations into four categories and reveals that the scarcity in Bulawayo satisfies all the four representations hence calls it total scarcity. The research employed document study, questionnaires, interviews and a focus group to collect data. Document study revealed that water restrictions successfully mitigate the scarcity in Bulawayo. Field work partially confirmed the usefulness of WDM in the life of the city and revealed the need to synchronize the conceptualizations of WDM among different stakeholders in order for the paradigm to do even more in terms of mitigating scarcity. The results were interpreted in terms of TPB. The key recommendation of the study is that the city invests in water use behaviour change in order to realise huge water savings. / Development Studies / M.A. (Development Studies)

The study investigates the contribution of WDM towards mitigating scarcity of potable water in cities with particular reference to Bulawayo.WDM origins and its successes are traced. The study classifies scarcity representations into four categories and reveals that the scarcity in Bulawayo satisfies all the four representations hence calls it total scarcity. The research employed document study, questionnaires, interviews and a focus group to collect data. Document study revealed that water restrictions successfully mitigate the scarcity in Bulawayo. Field work partially confirmed the usefulness of WDM in the life of the city and revealed the need to synchronize the conceptualizations of WDM among different stakeholders in order for the paradigm to do even more in terms of mitigating scarcity. The results were interpreted in terms of TPB. The key recommendation of the study is that the city invests in water use behaviour change in order to realise huge water savings. / Development Studies / M.A. (Development Studies)

Water is an essential element for life and crucial to survival. South Africa is a semi-arid country and therefore water should be protected and managed effectively by all residents of the country. In the 1830s the Mooi River was the key reason for the Voortrekkers to establish Potchefstroom at a locality adjacent to this river. The Voortrekkers noticed the dolomitic outcroppings in the vicinity, but still opted to reside next to the river for it provided easily accessible water and fertile soil. Since the 1830s water legislation regulating the management and use of the water in the Mooi River has been amended innumerable times to bring us to the current situation of Potchefstroom’s water (mis)management by the role-players and stakeholders of the water source. As a resident of Potchefstroom, the researcher has a keen interest in the origin of the city’s water sources, the re-routing of the water from the origin to the water purification unit via the open-on-top cement canal system, and the overall management of these canals and their servitudes. In order to conduct a research study on the Mooi River’s water re-routing canals and servitudes, the following research methods were applied: The researcher performed a comprehensive literature review, conducted fieldwork, held interviews with landowners and experts in the geographical area of the Mooi River Valley, and performed statistical analyses as well as content analyses of the findings. Some of the most alarming findings include the lack of co-operative governance between water users and – authorities, and the current public management and disaster risk management challenges in the re-routing of water from Klerkskraal Dam down to the water purification plant of Potchefstroom. It is recommended that the major stakeholders of the Mooi River Valley, e.g. the disaster management centre in Potchefstroom, the Department of Water and Sanitation’s (DWS) regional offices in Potchefstroom, as well as the Tlokwe Local Municipality need to join forces for a combined effort to accomplish the overarching research objective of achieving improved cooperative municipal governance and Integrated Water Resources Management (IWRM) to eventually ensure the safe and effective re-routing of water from the Klerkskraal Dam to the Potchefstroom water purification plant. Note: Since July 2014 the Department of Water Affairs (DWA) has changed to the Department of Water and Sanitation (DWS). / MA (Public Management and Governance), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

Water is an essential element for life and crucial to survival. South Africa is a semi-arid country and therefore water should be protected and managed effectively by all residents of the country. In the 1830s the Mooi River was the key reason for the Voortrekkers to establish Potchefstroom at a locality adjacent to this river. The Voortrekkers noticed the dolomitic outcroppings in the vicinity, but still opted to reside next to the river for it provided easily accessible water and fertile soil. Since the 1830s water legislation regulating the management and use of the water in the Mooi River has been amended innumerable times to bring us to the current situation of Potchefstroom’s water (mis)management by the role-players and stakeholders of the water source. As a resident of Potchefstroom, the researcher has a keen interest in the origin of the city’s water sources, the re-routing of the water from the origin to the water purification unit via the open-on-top cement canal system, and the overall management of these canals and their servitudes. In order to conduct a research study on the Mooi River’s water re-routing canals and servitudes, the following research methods were applied: The researcher performed a comprehensive literature review, conducted fieldwork, held interviews with landowners and experts in the geographical area of the Mooi River Valley, and performed statistical analyses as well as content analyses of the findings. Some of the most alarming findings include the lack of co-operative governance between water users and – authorities, and the current public management and disaster risk management challenges in the re-routing of water from Klerkskraal Dam down to the water purification plant of Potchefstroom. It is recommended that the major stakeholders of the Mooi River Valley, e.g. the disaster management centre in Potchefstroom, the Department of Water and Sanitation’s (DWS) regional offices in Potchefstroom, as well as the Tlokwe Local Municipality need to join forces for a combined effort to accomplish the overarching research objective of achieving improved cooperative municipal governance and Integrated Water Resources Management (IWRM) to eventually ensure the safe and effective re-routing of water from the Klerkskraal Dam to the Potchefstroom water purification plant. Note: Since July 2014 the Department of Water Affairs (DWA) has changed to the Department of Water and Sanitation (DWS). / MA (Public Management and Governance), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

Afin de gérer au mieux le pilotage des unités d'ozonation lors de la potabilisation des eaux, un modèle prédictif a été développé. L'objectif du modèle était de pouvoir prédire, sur une installation industrielle, les concentrations en ozone, en bromates et en différents micropolluants. Le modèle chimique proposé est mécanistique et peut être subdivisé en plusieurs parties : auto-décomposition de l'ozone, influence de l'alcalinité, formation de bromates, influence de la MON (Matière Organique Naturelle). Le modèle d'influence de la MON comporte 12 paramètres ajustables, le modèle pour la formation des bromates comporte un paramètre ajustable, les valeurs des autres paramètres sont fixées d'après la littérature. Le modèle hydraulique est de type systémique et comprend des réacteurs idéaux (parfaitement agités et piston). L'identifiabilité du jeu de paramètres a été conduite par une analyse de sensibilité (eFAST). La procédure d'optimisation par méthode de Nelder-Mead a été testée. Le modèle proposé permet de rendre bien compte des variations de temps de contact avec l'ozone, de pH, de température, de concentration de MON, de doses d'ozone sur la décomposition de l'ozone et la génération de radicaux. Les essais sur la formation de bromates ont montré que le modèle donne de bons résultats pour des concentrations inférieures à 20 μg.L-1, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas d'une application industrielle. Enfin, une étude sur une unité industrielle a montré que des modèles calibrés en laboratoire (chimie, hydraulique) peuvent être appliqués directement sur site. Le modèle de formation des bromates est néanmoins instable dans le temps et doit être périodiquement réajusté.