Opérations unitaires et outils procédés pour une optimisation énergétique de stations d'épuration méditerranéennes
Intensive biological processes are increasingly used in wastewater field due to their principles to operate on a reduced surface and produce good quality waters.
Résumé
Intensive biological processes are increasingly used in wastewater field due to their principles
to operate on a reduced surface and produce good quality waters. However, studies show that
intensification and high energy consumption go hand in hand, pointing out the value of energy
benchmarking. In this work, two intensive systems have been studied: a membrane bioreactor,
MBR, (64000 p.e.) and a conventional active sludge, CAS, (24000 p.e.).Our objectives were
to know where and why this energy is consumed, what factors influence these consumptions,
and to give tools to optimize the energy efficiency. A three years energy audit was done for
both stations confirming that aeration is the major energy expense (more than 44% of the total
plant consumption:0.82kWh/m3). Several factors influence this energy were identified: hydraulic
capacity, temperature and sludge age... High energy consumption has been noted in
case of low hydraulic loading underlining the seasonal consumption. Moreover, the impact of
Suspended Solid (SS) concentration on the energy consumption and on the overall treatment
cost was determined at different SS concentration (ranged from 1 to 8 gSS/L) by software
simulation (GPS-X) and data analysis. Simulation results showed that an increase of SS leads
to an increase in oxygen demand (increased energy cost) but leads also to a decrease of sludge
production (reduction of sludge disposal cost).In a full scale plant based on CAS process, the
SS concentration must be carefully chosen in order to find the best compromise between the
levels of treatment required, the energy demand to ensure biological activity and the sludge
disposal cost while minimizing overall costs.
Le déploiement de processus biologiques intensifiés s’accélère en traitement des eaux usées
au regard des volumes importants à traiter et des avantages apportés : compacité, temps de
traitement et qualité d’eaux. Cependant, cette intensification se fait souvent au détriment
d’une consommation importante d’énergie qui reste le principal défi à relever. Pour cela, deux
systèmes intensifs ont été analysés: un bioréacteur à membrane (BàM, 64000 eqH) et un procédé
de boues activées conventionnel (BAC, 24000 eqH). Dans un premier temps, toutes les
dépenses énergétiques de ces stations ont été quantifiées puis sectorisées, pour ensuite, définir
des coûts de référence et proposer des stratégies de réduction d’énergie. L’audit énergétique
pour ces deux stations confirme que l’aération est le poste le plus consommateur (Pour le
BAC, la consommation totale de la station vaut 0.82 kWh/m3
traité dont 44% sont dus à
l’aération).Si de nombreux postes de dépenses énergétiques s’avèrent immuables, plusieurs
facteurs influencent cependant ces consommations: La capacité hydraulique, la température,
l’âge des boues... L’analyse des stations sur plus de trois ans de fonctionnement souligne les
facteurs influençant cette consommation spécifique (kWh/m3
traité) : débit entrant (saisonnalité)
et concentrations en MES dans les bassins biologiques. Ainsi, une optimisation énergétique a
été faite en mixant les données terrains avec des simulations sous GPS-X. Les résultats ont
ainsi permis de relier les dépenses énergétiques (demande en oxygène) avec la production de
boue. L’introduction d’un paramètre permet de trouver en fonction des contraintes locales
(Couts du kWh et de l’évacuation des boues) la concentration en MES dans les bassins qui
minimise les coûts globaux.
Domaines
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