Améliorations du système d’aération de la station de traitement des eaux usées (WQCF).

Le personnel de la station de contrôle de la qualité des eaux usées (WQCF) de la Ville de Manteca, HERWIT Engineering et APG-Neuros Inc. ont mis en œuvre un système d’aération de pointe pour le contrôle de l’azote. Cette solution assure un excellent traitement biologique afin de respecter les exigences relatives aux concentrations d’ammoniac, tout en maintenant un procédé stable avec une consommation d’énergie minimale.

Contexte du projet

Située à environ 24 kilomètres au nord de Modesto, en Californie, la Ville de Manteca fournit les services d’égout et assure le traitement des eaux usées à sa station de contrôle de la qualité des eaux usées (WQCF).

La WQCF traite un débit moyen par temps sec (ADWF) d’environ 7,6 MGD et possède une capacité nominale initiale de 9,9 MGD en période de temps sec. Toutefois, la diminution historique de la consommation d’eau dans la communauté, combinée à la croissance démographique, a considérablement augmenté les concentrations de demande biologique en oxygène (DBO) et d’azote Kjeldahl total (TKN) dans les eaux usées influentes.

Les eaux usées à l’entrée sont ainsi devenues plus concentrées, augmentant la charge organique et la charge en azote imposées à l’installation. Cette situation a nécessité un meilleur contrôle de l’azote grâce aux processus de nitrification et de dénitrification afin de respecter la limite réglementaire d’ammoniac de 1,5 mg/L.

Développement du projet

La WQCF est divisée en deux installations de traitement des eaux usées : les usines Nord et Sud. L’installation fonctionne selon le procédé Ludzak-Ettinger modifié (MLE).

Des améliorations de l’efficacité et du contrôle de l’aération ont été réalisées à l’usine Nord en 2014-2015, puis à l’usine Sud en 2017-2018. Les deux installations ont été équipées de systèmes complets de contrôle de l’aération fournis par APG-Neuros. Ceux-ci comprenaient initialement un contrôle de l’oxygène dissous (DO) combiné à une stratégie de contrôle par Most Open Valve (MOV) couvrant vingt zones d’aération dans chaque usine.

Ces améliorations ont permis de réaliser des économies d’énergie vérifiées de 963 000 kWh par année, tout en donnant droit à des incitatifs énergétiques totalisant 93 000 $.

À la suite de ces améliorations, l’équipe a poursuivi l’optimisation du système de contrôle de l’aération en mettant en œuvre un système d’élimination de l’azote dans les deux installations. Cette approche s’est révélée particulièrement efficace pour répondre à l’augmentation des charges en azote traitées par la WQCF.

La Ville de Manteca doit respecter une concentration maximale d’ammoniac inférieure à 1,5 mg/L ainsi qu’une concentration totale en azote (nitrites et nitrates) inférieure à 10 mg/L.

Toutes les améliorations ont été réalisées progressivement, selon une approche méthodique, grâce à une collaboration étroite entre le personnel de la WQCF de la Ville de Manteca, HERWIT Engineering et APG-Neuros Inc.

Afin d’améliorer l’efficacité de l’élimination de l’azote, le personnel de la WQCF a d’abord installé des capteurs en ligne de nitrates et d’ammoniac dans certaines zones d’une ligne de traitement de chaque usine.

L’équipe a ensuite introduit un contrôle cyclique de l’oxygène dissous (DO), alternant entre des valeurs faibles et élevées dans certaines zones, ce qui a permis d’obtenir rapidement une amélioration notable de l’élimination de l’azote.

Le procédé de traitement a ensuite été optimisé davantage grâce à des essais et à l’ajustement automatique du potentiel d’oxydoréduction (ORP) au moyen de sondes ORP dédiées installées dans certaines zones.

À la suite de cette phase d’essais, l’équipe a déployé un contrôle cyclique de l’ORP dans l’ensemble du procédé, ce qui a permis à certaines zones de ne plus fonctionner sous contrôle de l’oxygène dissous (DO).

Les résultats ont démontré que, dans certaines zones précises, le contrôle de l’azote était plus performant sous contrôle ORP que sous contrôle DO.

Résultats

Le contrôle de l’azote a été réalisé avec succès grâce à une approche progressive d’implantation de technologies avancées de contrôle de l’aération combinant le contrôle Most Open Valve (MOV), le contrôle de l’oxygène dissous (DO) et le contrôle du potentiel d’oxydoréduction (ORP) dans les zones sélectionnées.

La WQCF est ainsi parvenue à maintenir des concentrations d’ammoniac largement inférieures à 1,5 mg/L et des concentrations de nitrates bien en dessous de 10 mg/L, tout en respectant l’ensemble des exigences relatives à la concentration des boues ainsi qu’aux autres paramètres essentiels du procédé de traitement.