Système de contrôle d’ aération
CONTRÔLE DE L'AÉRATION DANS LES STATIONS D'ÉPURATION DES EAUX USÉES
Le transfert de l’oxygène dissous (OD) de la phase gazeuse à la phase liquide est un processus à forte intensité énergétique dans les stations d’épuration des eaux usées (WWTP), ainsi qu’un élément crucial pour le bon fonctionnement du processus biologique d’aération.
Les turbosoufflantes sont les plus gros consommateurs d’énergie dans les stations d’épuration, représentant jusqu’à 70 % de la consommation d’énergie de l’installation.Par conséquent, le contrôle approprié de l’aération par l’utilisation d’un panneau de contrôle centralisé des ventilateurs et de l’instrumentation, communément appelé panneau de contrôle principal (MCP), a été l’objectif commun pour s’assurer que les stratégies de contrôle les plus efficaces sont appliquées.
Contrôle de l'aération:
L’aération est importante pour fournir suffisamment d’OD aux organismes aérobies effectuant l’élimination de la BOD et la nitrification dans les stations à boues activées, ainsi que pour maintenir la biomasse en suspension. La capacité de nitrification peut être modifiée en fonction du contrôle de l’OD de deux façons : en ajustant l’intensité de l’aération ou en ajustant le volume aéré. Outre la concentration d’OD, plusieurs autres facteurs ont été signalés comme pouvant affecter les taux de nitrification, notamment les substrats inorganiques, le temps de rétention des solides (SRT), la température, le pH et l’inhibition des toxiques. D’autres poignées de contrôle qui affecteront également l’élimination de l’azote, et qui pourraient donc avoir un impact sur les boucles de contrôle de l’OD, sont les flux de boues activées de retour et de déchets et le recyclage des nitrates ou le dosage du carbone externe pour les stations avec dénitrification.
Éléments importants du contrôle de l'oxygène dissous :
Système d’alimentation en air
Les soufflantes constituent le premier étage d’un système d’air diffusé. Une conception adéquate du système de soufflage est nécessaire pour un contrôle efficace de la concentration d’OD. Pendant le processus de conception, il est important de considérer que la demande en débit d’air varie au cours de la journée, de la semaine et de l’année, ainsi que le long du bassin d’aération. La flexibilité d’un système de soufflerie est cruciale pour la performance du système d’aération puisque les usines doivent gérer une grande variation de la charge.
Historiquement, les aubes d’entrée ou les clapets de sortie ont été utilisés pour répondre à une demande variable, mais pas de manière efficace sur le plan énergétique. Aujourd’hui, les turbosoufflantes à haute vitesse équipées de variateurs de fréquence (VFD) permettent de réduire la capacité d’aération. Outre le contrôle de la capacité des soufflantes, le contrôle des soufflantes comprend également des procédures de démarrage et d’arrêt pour les soufflantes multiples ainsi que des procédures de sécurité pendant le démarrage et l’arrêt et le contrôle de la poussée qui empêche l’instabilité à faible débit en maintenant un débit minimum.
L’air passe par une vanne avant d’être diffusé dans le bassin d’aération. Les vannes papillon, les clapets, les robinets à soupape, les robinets à boisseau, etc. ont des conceptions mécaniques différentes. La dynamique d’écoulement de la vanne décrit le débit en fonction de la position de la vanne. Les caractéristiques du débit pour une chute de pression fixe sur la vanne peuvent être linéaires (le débit est proportionnel à la levée de la vanne), à pourcentage égal (le débit est proportionnel à la dérivée première du débit par rapport à la levée de la vanne) ou à ouverture rapide (un petit changement dans la levée de la vanne produit un grand changement dans le débit).
Structures de contrôle
La conception de la structure de contrôle concerne la manière de mettre en place le système de contrôle, à savoir quelles variables contrôler, quelles variables manipuler et comment combiner ces deux ensembles de variables pour créer des boucles de contrôle. En fonction du processus concerné, différents types de structures de contrôle peuvent être envisagés dans un schéma de
contrôle de processus. Il n’existe pas de manière unique de classer les structures de contrôle pour le contrôle de l’aération. Les structures les plus populaires peuvent être considérées comme les quatre catégories suivantes:
Avantages d'un système d'aération automatisé
L’automatisation d’un système d’aération est considérée comme une mise à niveau indispensable lorsque l’on envisage d’améliorer le système d’aération d’une station d’épuration des eaux usées. L’un des principaux avantages est l’optimisation de l’efficacité et la prolongation de la durée de vie du turbo-ventilateur à grande vitesse, ce qui réduit les coûts immédiats et à long terme d’une station d’épuration des eaux usées.
Un système d’aération automatisé se compose d’un panneau de commande principal (MCP) qui surveille et contrôle en permanence le fonctionnement des turbosoufflantes à grande vitesse, le niveau d’oxygène et le débit d’air dans chaque zone d’aération. Ceci est réalisé grâce à l’utilisation de débitmètres, de sondes DO et de vannes de contrôle du débit modulant dans chaque zone d’aération. Le MCP contrôlera le fonctionnement des turbosoufflantes à grande vitesse afin de fournir le débit requis en fonction des besoins en débit d’air calculés avec précision. Cela optimise les performances et le contrôle des turbosoufflantes à grande vitesse, ce qui permet de répondre aux exigences en matière d’OD et de réduire considérablement la consommation d’énergie et les coûts puisqu’il n’y aura pas de production d’air inutile.
Contrôle prédictif par modèle
Pour réduire davantage la consommation d’énergie associée au traitement secondaire des eaux usées, APG-Neuros a la capacité de concevoir et de mettre en œuvre un contrôle prédictif de modèle pour l’aération des boues activées et le temps de rétention des solides (SRT).
À l’aide d’un logiciel d’apprentissage automatique (ML) de pointe et abordable, nous déterminons activement l’objectif d’oxygène dissous dans chaque zone aérée afin de répondre aux exigences du permis de rejet avec une alimentation en air minimale des soufflantes et une implication réduite de l’opérateur. En outre, le logiciel optimise le TRS et la qualité des boues, augmentant ainsi la capacité de la station.
Le système de contrôle est équipé d’une interface utilisateur unique qui assure l’harmonisation entre les vannes d’aération et les soufflantes, et minimise les coûts d’installation grâce à sa conception intégrée.