Le potentiel d’économie d’énergie en STEP par la mesure en temps-réel de la DBO

Partout dans le monde, le traitement d’eaux usées est un processus requérant l’utilisation de beaucoup d’énergie et générant des coûts importants. L’optimisation et l’économie de celle-ci sont des buts à atteindre pour les exploitants des stations d’épuration des eaux usées existantes. 

Proteus, une révolution technologique à plusieurs avantages à exploiter 

Proteus Instruments a développé la sonde multiparamètres Proteus, basée sur un algorithme utilisant une combinaison de paramètres, dont la fluorescence, pour déterminer entre autre la Demande Biochimique en Oxygène (DBO) et à la Demande Chimique en Oxygène (DCO).

La DBO et la DCO sont des paramètres traditionnellement mesurés en utilisant les méthodes laboratoire. Ceux pour la BDO prennent cinq jours à l’exclusion du temps pour l’échantillonnage, le transport et la livraison des résultats.

Comme il existe un fort risque d’erreur à cause des nombreuses étapes du processus, ces paramètres sont inutilisables pour les processus de contrôle et de pilotage des stations. 

Les premiers tests industriels sur la sonde Proteus dans les eaux usées ont démontré son utilité pour assurer la conformité des rejets dans l’effluent final, mais son utilisation peut aller encore plus loin que cela.

En effet, installée dans un bassin de pré-traitement (TPS), elle permet de mesurer la DBO et DCO dans les eaux usées à éliminer et donc de connaitre l’énergie nécessaire à l’aération.

La Proteus en fonctionnement dans une station d’épuration des eaux usées

Afin d’augmenter l’efficacité du traitement des eaux usées, les contrôles amont/aval de la qualité de l’eau sont de plus en plus utilisés.

Le principe de « contrôle en retour » permet de définir les valeurs permettant d’actionner un contrôleur sur l’alimentation de l’aération. Les données enregistrées sont donc utilisées pour prendre des décisions rétrospectivement.

Sur le principe du contrôle en aval, l’objectif est d’anticiper les besoins en amont comme le montre le schéma ci-dessous : 

Les données issues de Proteus permettent le contrôle du processus d’aération

Le process des boues activées est une technologie efficace mais requérant beaucoup d’énergie pour le traitement d’eaux usées.

L’aération, les mélangeurs et les pompes prennent plus de 70% de la consommation électrique dans une station de traitement des eaux usées. L’aération, seule, peut représenter entre 45% à 75% de la totalité de coûts énergétiques pour les sites d’épuration des eaux usées.

Les bassins contiennent un mélange d’eaux usées et de bactéries. Les bactéries se nourrissent des substances polluantes dans les eaux usées pour les purifier.

Afin de soutenir les communautés bactériales, les bassins d’aération utilise des agitateurs et des aérateurs qui renouvellent continuellement l’eau, assurant que la biomasse est maintenue.

Naturellement, plus il y a de la pollution dans l’eau, plus le besoin en oxygène est requis pour aérer l’eau et maintenir l’équilibre des organismes. L’aération permet de réguler un équilibre précis entre la bactérie et les eaux usées.

Pour maintenir la biomasse, beaucoup de paramètres sont surveillés quotidiennement afin de mesurer la santé de la biomasse ainsi que sa composition.

L’ammoniac, l’oxygène dissous (OD) et la totalité des solides sont les paramètres les plus communément mesurés dans les bassins d’aération.

Cependant suivre le taux d’ammoniac présente des limites par rapport à la DBO.

Même si l’ammoniac peut-être une bonne indication de la qualité bactériale, il ne fournit pas autant de détail que la BDO.
En comparaison à l’OD, la DBO est une mesure supérieure car elle valide pratiquement toutes les conditions de l’oxidative naturelles et de la récupération dans les systèmes naturels.

Ceci fournit de manière instantanée, plus de détails sur l’état de la communauté bactériale que l’OD. Le déchargement maximum de BDO dans le Royaume-Uni est 50 mg/l avec un but ciblé de la réduction de BDO entre 70-90% de l’influent original. 

Les régulations sont strictes et les non-compliances sont couteuses et dangereuses pour l’environnement autour d’un site. En mesurant le BDO en temps-réel pendant tout le processus de traitement, la chance de garantir la conformité aux arrêtés augmente.

C’est aussi un outil de diagnostics pour détecter à un instant précis s’il y a un problème en cours dans le processus de traitement.

Comme mentionné auparavant, le suivi de la BDO en temps réel révolutionne la façon de piloter une station d’épuration.

Jusqu’à 70 000 € d’économie par an

Pour illustrer ce cas, les données sont accumulées pendant une période de 61 jours de Février jusqu’Avril 2018 en utilisant la Proteus dans un grand site de traitement d’eaux usées (PE 93,500).

La DBO et la CDO étaient mesurées parmi une variété d’autres paramètres dans des intervalles de cinq minutes et ensuite, les moyennes quotidiennes étaient calculées.

Ces données étaient ensuite combinées avec les données typiques pour les formules et les co-efficients du processus ASP afin de calculer l’exigence pour la valeur de BDO observée sur trois taux de débits différents (Lentech 2020).

Le cout d’électricité a été basé sur une estimation de kWh générique de £0.12/kWh. Les taux de débits ont été faible, moyen et élevé, adaptés sur toutes les données pour la période d’essai.

Ceci a été utilisé pour calculer le coût moyen pour l’enlèvement de DBO pour une pompe de vitesse variable et une pompe de vitesse fixée, un sommaire est montré sur la table 1. 

Table 1 : l’économie de coûts estimée avec l’enlèvement de DBO en utilisant Proteus

Tous les détails de l’étude sont à lire dans l’article disponible via ce lien (en anglais).