FR3165448A1 - Procédé de pilotage d’une installation de traitement des eaux usées et installation de traitement des eaux usées associée - Google Patents

Procédé de pilotage d’une installation de traitement des eaux usées et installation de traitement des eaux usées associée

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Abstract

Procédé de pilotage d’une installation de traitement des eaux usées et installation de traitement des eaux usées associée La présente invention concerne un procédé de pilotage d’une installation de traitement des eaux usées comprenant un système primaire de traitement et un système secondaire de traitement ; le procédé comprenant les étapes suivantes : - mesure (110) dans le système primaire de traitement d’au moins un paramètre de premier type caractérisant les eaux traitées ; - détermination (120) d’au moins un paramètre de deuxième type à partir du ou de chaque paramètre de premier type mesuré, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées ; - contrôle (130) de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement en fonction du ou de chaque paramètre de deuxième type. Figure pour l'abrégé : Figure 4

Description

Procédé de pilotage d’une installation de traitement des eaux usées et installation de traitement des eaux usées associée
La présente invention concerne un procédé de pilotage d’une installation de traitement des eaux usées.
La présente invention concerne également une installation de traitement des eaux usées mettant en œuvre un tel procédé.
De manière connue en soi, le traitement des eaux usées s’effectue à plusieurs niveaux dont la mise en œuvre est généralement encadrée par la règlementation en vigueur.
Habituellement, dans un premier niveau de traitement, les eaux usées sont placées dans un clarificateur primaire. Un tel clarificateur présente un réservoir dans lequel les matières solides lourdes s’accumulent au fond et les matières plus légères telles que les colloïdes et les graisses remontent à la surface. Les matières accumulées au fond du réservoir peuvent alors être évacuées et sont appelées boues primaires. Les matières à la surface peuvent quant à elles être enlevées directement. Les eaux ainsi clarifiées passent ensuite dans un deuxième niveau de traitement.
Dans ce deuxième niveau, les matières contenant de l’azote et/ou le carbone et/ou le phosphore sont éliminées en utilisant un traitement biologique par des bactéries.
Enfin, dans un troisième niveau de traitement, les eaux traitées sont filtrées davantage lors de leur décharge dans un écosystème sensible. Ce dernier traitement peut comprendre l’élimination des phosphores, la filtration, la désinfection ainsi que l’élimination des micropolluants.
Le processus biologique le plus connu d’élimination de l’azote des eaux usées dans le deuxième niveau de traitement comprend la mise en œuvre des étapes de nitrification/dénitrification successives.
En effet, l’étape de nitrification de ce processus comprend l’oxydation de l’ammoniaque en nitrite et puis, l’oxydation du nitrite en nitrate. Cette étape est réalisée par des bactéries dans des conditions aérobies, c’est-à-dire avec l’accès à l’oxygène. Ainsi, la mise en œuvre de cette étape de nitrification nécessite une aération suffisante.
L’étape de dénitrification quant à elle comprend la réduction des nitrates en nitrite et puis, la réduction du nitrite en diazote, gaz pouvant être relâché par exemple dans l’atmosphère. Cette étape est également réalisée par des bactéries mais dans des conditions anoxiques, c’est-à-dire sans accès à l’oxygène.
En fonction de la réglementation en vigueur, la limite totale autorisée de décharge de l’azote impose des grandes limitations dans la structure et le design des installations de traitement des eaux usées. L’abaissement de cette limite autorisée implique une mise en œuvre plus longue et plus couteuse de l’étape de nitrification. De plus, des limites basses de décharge de l’azote sont difficilement atteignables en utilisant uniquement un processus biologique. Ainsi, dans la plupart des cas, l’ajout du carbone à partir d’une source externe est nécessaire afin de mettre en œuvre l’étape de dénitrification.
Dans l’état de la technique, la plupart des méthodes de contrôle des installations de traitement des eaux usées sont concentrées sur le contrôle de l’aération lors de l’étape de nitrification. L’aération peut présenter ainsi jusqu’à 25% du coût de fonctionnement de telles installations. Toutefois, ce contrôle ne reste pas optimal et souvent, des excès de carbone sont utilisés pour mettre en œuvre l’étape de dénitrification. Cela conduit alors à des coûts d’exploitation excessifs des installations de traitements des eaux usées actuelles. Ces coûts sont notamment dus à l’utilisation non-optimale des ressources.
La présente invention a pour but de résoudre ce problème et de proposer des moyens de contrôle d’une installation de traitement des eaux usées permettant de rendre optimale la consommation des ressources par une telle installation, tout en respectant les limites de décharge autorisées de l’azote et du phosphore. L’invention permet ainsi d’optimiser les coûts d’exploitation d’une telle installation de traitement des eaux usées.
À cet effet, l’invention a pour objet un procédé de pilotage d’une installation de traitement des eaux usées comprenant un système primaire de traitement et un système secondaire de traitement, le système primaire de traitement comprenant un clarificateur primaire configuré pour séparer une boue primaire des eaux traitées, le système secondaire de traitement comprenant un dispositif de nitrification et un dispositif de dénitrification des eaux traitées.
Le procédé comprend les étapes suivantes :
- mesure dans le système primaire de traitement d’au moins un paramètre de premier type caractérisant les eaux traitées ;
- détermination d’au moins un paramètre de deuxième type à partir du ou de chaque paramètre de premier type mesuré, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées ;
- contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement en fonction du ou de chaque paramètre de deuxième type.
Avantageusement, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérise également la concentration en azote ammoniacale et en phosphore.
Grâce à ces caractéristiques, l’invention permet d’observer les paramètres des eaux usées caractérisant la teneur en matières organiques et d’adapter la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement en fonction de ces paramètres. L’adaptation peut se faire pratiquement en temps réel en optimisant ainsi la quantité du carbone nécessaire pour mettre en œuvre notamment l’étape de dénitrification dans l’installation de traitement des eaux usées.
Contrairement aux méthodes de l’état de la technique qui ne permettent pas d’observer ces paramètres caractérisant la teneur en matières organiques des eaux usées, l’invention permet de déduire de tels paramètres pratiquement en temps réel en utilisant d’autres types de paramètres qui sont plus facilement observables dans une installation de traitement des eaux usées. En outre, en connaissant pratiquement en temps réel la teneur en matières organiques des eaux usées, il est possible d’adapter de manière optimale la quantité de carbone nécessaire pour mettre en œuvre le processus de dénitrification.
Dans l’état de la technique, de tels paramètres caractérisant la teneur en matières organiques des eaux usées sont généralement mesurés en condition de laboratoire, ce qui ne permet pas de caractériser la teneur en matières organiques des eaux traitées à l’instant donné et donc d’adapter le fonctionnement de l’installation de traitement des eaux usées également en temps réel. Ces mesures utilisées dans l’état de la technique n’ont que donc très peu d’intérêt dans un tel contexte.
Il est à noter également que des mesures directes des paramètres caractérisant la teneur en matières organiques des eaux usées par exemple dans un conduit des eaux usées ne sont généralement pas possible compte tenu de la complexité des capteurs permettant de le faire (capteurs UV par exemple). Ainsi, seules les mesures de laboratoire de tels paramètres sont généralement disponibles.
Selon certains modes de réalisation, l’étape de détermination du ou de chaque paramètre de deuxième type est mise en œuvre avec une fréquence de répétition inférieure à 1 heure, avantageusement inférieure à 10 min et de préférence inférieure à 5 min.
Selon certains modes de réalisation, l’étape de contrôle de la teneur en carbone est mise en œuvre avec sensiblement la même fréquence de répétition que l’étape détermination du ou de chaque paramètre de deuxième type.
Grâce à ces caractéristiques, il est possible d’avoir les mesures caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées au plus vite et donc d’adapter le fonctionnement de l’installation de traitement des eaux usées pratiquement en temps réel.
Selon certains modes de réalisation, le ou chaque paramètre de premier type est choisi dans le groupe comprenant les éléments suivants caractérisant des eaux traitées :
- pH ;
- teneur en oxygène ;
- potentiel d’oxydo-réduction ;
- turbidité ;
- conductivité électrique ;
- température ;
- débit.
Les éléments précités sont facilement mesurables en temps réel par des capteurs simples d’utilisation et peu onéreux. De plus, ces capteurs peuvent facilement être utilisés pour caractériser les eaux usées.
Selon certains modes de réalisation, le ou chaque paramètre de deuxième type est choisi dans le groupe comprenant les éléments suivants caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées :
- concentration de matières en suspension ;
- demande biochimique en oxygène (DBO) ;
- demande chimique en oxygène (DCO).
Grâce à ces caractéristiques, il est possible de caractériser de manière précise la teneur en matières organiques des eaux traitées. Ces paramètres sont connus en soi mais peuvent généralement être mesurés directement seulement dans des conditions de laboratoire ou alors en utilisant des capteurs complexes. Ces capteurs sont généralement onéreux et sont difficilement adaptables pour être utilisés dans les installations de traitement des eaux usées.
Selon certains modes de réalisation, la mesure d’au moins un paramètre de premier type s’effectue en amont et/ou en aval du clarificateur primaire.
Il est à noter que dans certains cas, l’ensemble des paramètres de premier type sont mesurés uniquement en amont et dans certains autres cas, l’ensemble de ces paramètres sont mesurés uniquement en aval du clarificateur primaire. Dans certains autres cas, au moins certains de ces paramètres sont mesurés en amont et au moins certains autres paramètres sont mesurés en aval du clarificateur primaire.
Cela peut par exemple dépendre de la nature du paramètre de premier type mesuré. Par exemple, dans certains cas il est avantageux de mesurer la turbidité et la température des eaux traitées en amont du clarificateur primaire alors que les autres paramètres en aval de celui-ci.
Selon certains modes de réalisation, la détermination du ou de chaque paramètre de deuxième type s’effectue en utilisant un modèle mathématique, de préférence le modèle mathématique étant déterminé par une technique d’apprentissage automatique et/ou par une technique statistique et/ou par une technique mécanistique.
Grâce à ces caractéristiques, il est possible d’établir des liens entre les paramètres de premier type mesurables dans les installations de traitement des eaux usées et les paramètres de deuxième type qui sont alors difficilement mesurables dans de telles installations. Le modèle mathématique peut être déterminé en utilisant l’une des techniques précitées ou alors une combinaison de ces techniques. En outre, la nature du modèle mathématique peut être choisie par exemple en fonction de la nature des paramètres de premier type mesurés.
Selon certains modes de réalisation, le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement s’effectue par le contrôle d’une redirection de la boue primaire dans le système secondaire de traitement.
Grâce à ces caractéristiques, il est possible d’utiliser le carbone naturellement contenu dans la boue primaire. La redirection de cette boue primaire dans le système secondaire de traitement peut s’effectuer par un conduit dédié agencé par exemple entre la sortie de boue primaire du clarificateur primaire et l’entrée du système secondaire de traitement. Le contrôle de redirection peut par exemple se faire au moyen d’une vanne et d’une pompe contrôlant le débit du fluide écoulant par ce conduit.
Ainsi, dans un tel cas, le besoin d’une source de carbone chimique peut être minimisé.
Selon certains modes de réalisation, le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement s’effectue par le contrôle d’ajout du carbone à partir d’une source extérieure dans le système secondaire de traitement, de préférence dans le dispositif de dénitrification.
Grâce à ces caractéristiques, le contrôle de la teneur en carbone peut être réglé facilement en contrôlant l’ajout du carbone issu d’une source extérieure. Cela ne demande que peu de modifications des installations de traitement des eaux usées existantes car un tel ajout est généralement prévu par la structure de telles installations.
En outre, il est avantageux d’effectuer un tel ajout directement dans le dispositif de dénitrification car il s’agit du point principal de consommation du carbone.
Selon certains modes de réalisation, le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement s’effectue par le contrôle d’une recirculation interne entre le dispositif de dénitrification et le dispositif de nitrification.
Grâce à ces caractéristiques, il est possible de réutiliser le carbone biologique naturellement contenu dans le flux de recirculation interne entre le dispositif de dénitrification et le dispositif de nitrification.
Il est donc possible de minimiser le besoin d’apport du carbone à partir d’une source extérieure.
Selon certains modes de réalisation, le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement s’effectue par le contrôle de réactifs chimiques dans le clarificateur primaire.
Grâce à ces caractéristiques, il est possible d’influencer la production de la boue primaire dans le clarificateur primaire. Ainsi, la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement peut aussi être contrôlée.
Il est à noter que l’ensemble des techniques précitées du contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement peuvent être combinées entre elles selon toutes combinaisons techniquement possibles.
Il est à noter également que la mise en œuvre de ces techniques de contrôle ou alors d’une combinaison de ces techniques peut être choisie en fonction de la nature de paramètres mesurés disponibles ou alors en fonction de valeurs d’au moins certains de ces paramètres ou alors de valeurs des paramètres de deuxième type.
L’invention concerne également une installation de traitement des eaux usées comprenant un système primaire de traitement et un système secondaire de traitement, le système primaire de traitement comprenant un clarificateur primaire configuré pour séparer une boue primaire des eaux traitées, le système secondaire de traitement comprenant un dispositif de nitrification et un dispositif de dénitrification des eaux traitées ;
l'installation de traitement comprenant en outre :
- un module de mesure dans le système primaire de traitement d’au moins un paramètre de premier type caractérisant les eaux traitées ;
- un premier module de traitement configuré pour déterminer au moins un paramètre de deuxième type à partir du ou de chaque paramètre de premier type mesuré, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées ;
- des moyens de contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement en fonction du ou de chaque paramètre de deuxième type.
L’invention apparaitra plus clairement à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d’exemple non-limitatif, et faite en référence aux dessins dans lesquels :
  • FIG. 1 FIG. 2 FIG. 3les figures 1 à 3 sont des vues schématiques illustrant une installation de traitement des eaux usées comprenant des moyens de contrôle de la teneur en carbone respectivement selon le premier, le deuxième, et le troisième modes de réalisation ;
  • FIG. 4laFIG. 4est un organigramme d’un procédé de pilotage selon l’invention, le procédé étant mis en œuvre par l’installation de traitement de l’une des figures précédentes.
LaFIG. 1illustre une installation de traitement 10 des eaux usées selon l’invention.
Une telle installation 10 est utilisable pour traiter des eaux usées provenant d’un le système de collecte des eaux usées s’étendant à travers une zone géographique prédéterminée, comme par exemple une ville, une agglomération ou un regroupement de communes.
En référence à laFIG. 1, l’installation de traitement 10 comprend un système primaire de traitement 21 connecté au système de collecte des eaux usées, un système secondaire de traitement 22 connecté en aval du système primaire de traitement 21, un système de traitement des boues 25 connecté aux systèmes primaire 21 et secondaire 22 de traitement, ainsi qu’un système de contrôle 28.
Dans certains exemples, l’installation de traitement 10 peut également comprendre un système tertiaire de traitement (non-illustré) connecté en aval du système secondaire de traitement 22.
Le système primaire de traitement 21 comprend un clarificateur primaire 31 et un module de mesure 32.
Le clarificateur primaire 31 est configuré pour séparer une boue primaire des eaux traitées pour injecter les eaux ainsi clarifiées dans le système secondaire de traitement 22. Dans certains cas, le clarificateur primaire 31 est également configuré pour séparer des matières légères, telles que des graisses et les sables, des eaux traitées. Il peut également parfois être connecté à des systèmes de prétraitements tels que des dégrilleurs, des dessableurs et des déshuileurs.
En particulier, le clarificateur primaire 31 présente un réservoir apte à stocker un volume prédéterminé des eaux usées et comprend une entrée 35, une première sortie 36 et une deuxième sortie 37.
L’entrée 35 du clarificateur primaire 31 est connectée au système de collecte des eaux usées et permet alors de recevoir directement ces eaux usées dans le clarificateur primaire 31.
La première sortie 36 du clarificateur primaire 31 permet d’évacuer du clarificateur primaire 31 des matières solides lourdes formées par une décantation des eaux traitées dans le clarificateur primaire 31.
Cette première sortie 36 est par exemple disposée au fond du réservoir formant le clarificateur primaire 31 et est raccordée au système de traitement des boues 25 par un circuit de rejet 38. Les matières solides formées par une décantation des eaux traitées dans le clarificateur primaire 31 sont appelées une boue primaire. Le circuit de rejet 38 permet alors de conduire cette boue primaire au système de traitement des boues 25.
La deuxième sortie 37 du clarificateur primaire 31 permet de transmettre des eaux clarifiées suite à la décantation par le clarificateur primaire 31 au système secondaire de traitement 22.
Avantageusement, chacune des sorties 36, 37 est munie d’une vanne pilotable à distance, par exemple par le système de contrôle 28. Ainsi, ces sorties peuvent être ouvertes/fermées selon des règles métier assurant le bon fonctionnement du clarificateur primaire 31 et plus globalement du système primaire de traitement 21.
Le module de mesure 32 permet de mesurer directement au moins certains paramètres relatifs aux eaux traitées par le système primaire de traitement 21.
En particulier, les paramètres mesurés par ce module de mesure 31 sont appelés par la suite paramètres de premier type.
Chaque paramètre de premier type est choisi dans le groupe comprenant les éléments suivants caractérisant les eaux usées traitées :
  • pH ;
  • teneur en oxygène ;
  • potentiel d’oxydo-réduction (ORP) ;
  • turbidité ;
  • conductivité électrique ;
  • température ;
  • débit.
Pour mesurer ces paramètres de premier type, le module de mesure 32 comprend un ou plusieurs capteurs connus en soi.
Dans l’exemple de laFIG. 1, le module de mesure 32 est disposé entièrement en amont du clarificateur primaire 31.
Cela signifie que l’ensemble des capteurs de ce module de mesure 32 sont disposés en amont du clarificateur primaire 31, par exemple dans un conduit raccordant l’entrée 35 du clarificateur primaire 31 et le système de collecte des eaux usées.
Selon un autre exemple de réalisation (non illustré), le module de mesure 32 est disposé entièrement en aval du clarificateur primaire 31.
Ainsi, par exemple, ce module de mesure 32 peut être agencé entre la deuxième sortie 37 du clarificateur primaire 31 et le système de traitement secondaire 22. Cela signifie alors que l’ensemble des capteurs de ce module de mesure 32 sont disposés par exemple dans un circuit raccordant la deuxième sortie 37 du clarificateur primaire 31 au système secondaire de traitement 22.
Selon encore un autre exemple de réalisation (non illustré), au moins certains des capteurs du module de mesure 32 sont disposés en amont du clarificateur primaire 31 et au moins certains autres capteurs sont disposés en aval de ce clarificateur primaire 31.
Les capteurs disposés en amont et les capteurs disposés en aval peuvent être choisis en fonction de la nature du paramètre de premier type mesuré par ces capteurs.
Ainsi, par exemple, les capteurs mesurant la turbidité ou la température peuvent être disposés en amont du clarificateur primaire 31 et les capteurs mesurant les autres paramètres peuvent être disposés en aval de ce clarificateur primaire 31.
Il est également possible que des capteurs mesurant le même paramètre de premier type soient disposés en amont et en aval du clarificateur primaire 31.
Dans un tel cas, les mesures retenues par de tels capteurs présentent par exemple une moyenne entre les mesures délivrées en aval et en amont du clarificateur primaire 31.
Le module de mesure 32 est par ailleurs raccordé au système de contrôle 28 et permet de délivrer les mesures générées par ses capteurs à ce système de contrôle 28.
Avantageusement, la fréquence de prise de mesure par le module de mesure 32 est inférieure à une heure, avantageusement inférieure à dix minutes et de préférence inférieure ou égale à cinq minutes.
Il est possible également que les mesures relatives à au moins certains des paramètres soient prises avec des fréquences différentes.
Le système de traitement secondaire 22 permet de mettre en œuvre un processus de traitement biologique des eaux traitées afin notamment d’éliminer de l’azote contenu dans ces eaux.
Pour ce faire, le système secondaire de traitement 22 comprend un dispositif d’élimination de phosphore 41, un dispositif de dénitrification 42, un dispositif de nitrification 43 et un clarificateur secondaire 44.
Dans l’exemple de laFIG. 1, le dispositif d’élimination de phosphore 41 est connecté directement à l’entrée du système secondaire de traitement 22, le dispositif de dénitrification 42 est connecté en aval du dispositif d’élimination de phosphore 41 et le dispositif de nitrification 43 est connecté en aval du dispositif de dénitrification 42. Par ailleurs, le clarificateur secondaire 44 est connecté en aval de ces dispositifs 41 à 43. Ces raccordements sont réalisés au moyen d’un circuit principal 45. D’autres types de raccordement et d’agencement de ces différents dispositifs sont également possibles, comme cela sera expliqué plus en détail par la suite.
Le dispositif d’élimination de phosphore 41 permet d’éliminer des phosphores des eaux reçues par le système de traitement secondaire 22 en utilisant des bactéries anaérobies. Dans certains exemples de réalisation, le système secondaire de traitement 22 est dépourvu de disposition d’élimination de phosphore 41.
Le dispositif de nitrification 43 permet d’oxyder l’ammonium (NH4 +) en nitrate (NO3 -) dans des conditions aérobies en utilisant alors des bactéries aérobies.
Le processus de nitrification mis en œuvre par ce dispositif de nitrification 43 se déroule en deux étapes. La première étape consiste en oxydation de l’ammonium (NH4 +) en nitrite (NO2 -). La deuxième étape consiste en oxydation du nitrite (NO2 -) en nitrate (NO3 -). Autrement dit, le processus de nitrification peut s’exprimer par la formule chimique résultante suivante :
NH4 ++ 2O2-> NO3 -+ 2H++ H2O
Le dispositif de nitrification 43 présente par exemple un équipement pour assurer l’alimentation en oxygène (O2) nécessaire par aération.
Le dispositif de dénitrification 42 permet de convertir les nitrates (NO3 -) en diazote (N2) qui présente alors un gaz pouvant être libéré, par exemple dans l’atmosphère.
La réaction mise en œuvre par le dispositif de dénitrification 42 est catalysée par des bactéries anaérobies, c’est-à-dire par les bactéries mises dans les conditions anaérobies, avantageusement anoxiques. La dénitrification se déroule également en deux étapes.
La première étape consiste en réduction des nitrates (NO3 -) en nitrite (NO2 -) par les bactéries et la deuxième étape consiste en réduction du nitrite (NO2 -) en diazote (N2) également par les bactéries.
Autrement dit, le processus de dénitrification peut s’exprimer par la formule chimique résultante suivante :
2 NO3 −+ 10 e−+ 12 H+-> N2+ 6 H2O
Le besoin en électrons e−est assuré par l’ajout du carbone comme cela sera expliqué plus en détail par la suite.
Le dispositif de dénitrification 42 présente par exemple un ouvrage ou un équipement non-aéré pour assurer les conditions anoxiques nécessaires.
La circulation des eaux traitées entre le dispositif de dénitrification 42 et le dispositif de nitrification 43 est rebouclée par un circuit de recirculation interne 46. En particulier, le circuit de recirculation interne 46 s’étend dans l’exemple de laFIG. 1entre la partie du circuit principal 45 raccordant le dispositif de nitrification 43 au clarificateur secondaire 44, et la partie du circuit principal 45 raccordant le dispositif d’élimination de phosphore 41 au dispositif de dénitrification 42.
La circulation des eaux traitées dans ce circuit de recirculation interne 46 est contrôlée par une vanne ou une pompe de recirculation 47 qui permet de régler le débit des eaux traitées entre le circuit de recirculation interne 46 et la partie du circuit principal 45 raccordant le dispositif de nitrification 43 au clarificateur secondaire 44.
Le contrôle de cette vanne ou de cette pompe de recirculation 47 s’effectue par exemple par le système de contrôle 28 selon des règles métier.
Dans d’autres exemples de réalisation, les dispositifs de dénitrification 42 et de nitrification 43 sont disposés/raccordés autrement. En particulier, dans certains exemples, le dispositif de nitrification 43 est disposé en amont du dispositif de dénitrification 42. Dans certains autres exemples, les dispositifs de dénitrification 42 et de nitrification 43 sont combinés au sein d’un même dispositif. Dans ces cas, le circuit de recirculation interne 46 peut ne pas être nécessaire.
Le clarificateur secondaire 44 comprend une première entrée 55 raccordée au dispositif de nitrification 43 (ou au dispositif de dénitrification 42) via le circuit principal 45, une première sortie 44 raccordée au système de traitement des boues 25 et une deuxième sortie 57 raccordée à la sortie du système secondaire de traitement 22.
Tout comme le clarificateur primaire 31, le clarificateur secondaire 44 présente un réservoir permettant de séparer la matière solide des eaux traitées.
Ainsi, la première sortie 56 du clarificateur secondaire 44 est par exemple disposée au fond du réservoir formant le clarificateur secondaire 44 et permet d’évacuer ces matières solides du clarificateur secondaire 44. Ces matières solides sont appelées boue biologique.
La deuxième sortie 57 permet quant à elle d’évacuer des eaux clarifiées du clarificateur secondaire 44.
La première sortie 56 du clarificateur secondaire 44 est connectée au système de traitement des boues 25 par un circuit de rejet 58.
Par ailleurs, la deuxième sortie 56 du clarificateur secondaire 44 est également reliée à l’entrée du système secondaire de traitement 22 par un circuit de recirculation des boues 59. Le débit des boues circulant dans les circuits 58 et 59 est réglé par une vanne ou une pompe 60. Le fonctionnement de cette vanne ou pompe 60 est par exemple contrôlé par le système de contrôle 28 selon des règles métier.
Le système de traitement des boues 25 permet de traiter les boues issues du système primaire de traitement 21 et du système secondaire de traitement 22.
En particulier, comme cela a été expliqué précédemment, le système de traitement des boues 25 permet de récupérer la boue primaire issue du clarificateur primaire 31 et la boue biologique issue du clarificateur secondaire 44.
Le traitement de ces boues s’effectue par exemple par un dispositif de traitement adapté et connu en soi.
Le système de contrôle 28 permet de contrôler le fonctionnement de l’installation de traitement 10 en contrôlant par exemple le fonctionnement de l’ensemble des vannes et/ou des pompes de cette installation. Ce contrôle est connu en soi et ne sera pas décrit en détail par la suite.
Le système de contrôle 28 permet également de contrôler la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement 22.
Pour ce faire, le système de contrôle 28 comprend un premier module de traitement 81 connecté au module de mesure 32 et un deuxième module de traitement 82 connecté au premier module de traitement 81 et à des moyens de contrôle de la teneur en carbone qui seront décrits plus en détail par la suite.
En particulier, le premier module de traitement 81 permet de traiter les paramètres de premier type mesurés par le module de mesure 32 afin de déterminer au moins un paramètre de deuxième type caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées. Avantageusement, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérise également la concentration en azote ammoniacale et en phosphore.
En particulier, le ou chaque paramètre de deuxième type est choisi dans le groupe comprenant les éléments suivants caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées :
  • la concentration de matières en suspension (i.e. de matières en suspension totales, ou TSS de l’angaisTotal Suspended Solids) ;
  • la demande biochimique en oxygène DBO (ou BOD de l’anglaisBiological Oxygen Demand) ;
  • la demande chimique en oxygène DCO (ou COD de l’anglaisChemical Oxygen Demand).
Dans certains exemples, le module de traitement 81 permet de déterminer en outre au moins certaines variations de ces paramètres, comme par exemple le paramètre BOD5correspondant à la demande biochimique en oxygène DBO à 5 jours, la concentration en azote ammoniacale (N-NH4 +et le phosphore (P-PO4)
Pour déterminer pour au moins l’un des paramètres de deuxième type et éventuellement leurs variations, le premier module de traitement 81 est apte à mettre en œuvre un modèle mathématique qui lie alors le ou chaque paramètre de premier type à ce paramètre de deuxième type.
Avantageusement, le modèle mathématique est déterminé par une technique d’apprentissage automatique et/ou par une technique statistique et/ou par une technique mécanistique.
Pour déterminer ce modèle mathématique par exemple par une technique d’apprentissage automatique, il est possible par exemple d’utiliser une première base de données contenant des mesures des paramètres de premier type et une deuxième base de données contenant des mesures de paramètres de deuxième type.
Une phase d’apprentissage peut ainsi être mise en œuvre en utilisant les deux bases de données. Cela peut par exemple être mis en œuvre préalablement au fonctionnement de l’installation de traitement 10.
Le modèle mathématique déterminé par une technique statistique peut également être déterminé en utilisant deux bases de données telles que définies précédemment ainsi que des méthodes statistiques pour lier ces deux bases de données entre elles.
Enfin, le modèle mathématique déterminé par une technique mécanistique peut être par exemple déterminé en utilisant des formules métier connues en soi qui relient au moins certains des paramètres de deuxième type à au moins certains des paramètres de premier type.
Dans l’ensemble des cas, le modèle mathématique peut être paramétré par des paramètres de configuration relatifs à l’installation de traitement 10.
Ces paramètres de configuration peuvent par exemple correspondre aux dimensions de cette installation ainsi qu’à sa structure particulière.
Dans certains modes de réalisation, le modèle mathématique est déterminé expressément pour l’installation de traitement 10.
Par exemple, ce modèle mathématique peut être déterminé en utilisant des données relatives au fonctionnement de cette installation avant qu’un contrôle automatique de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement 22 soit mis en œuvre.
Bien entendu, toute autre technique permettant de déterminer et d’optimiser le modèle mathématique peut être utilisée.
Par ailleurs, il est possible de faire évoluer ce modèle mathématique au cours du fonctionnement de l’installation de traitement 10 en utilisant par exemple des techniques d’apprentissage automatique.
Le deuxième module de traitement 82 permet de contrôler le fonctionnement des moyens de contrôle de la teneur en carbone en fonction du ou de chaque paramètre de deuxième type déterminé par le premier module de traitement 81. Pour cela, un modèle mathématique associant par exemple le ou chaque paramètre de deuxième type déterminé par le premier module de traitement 81 aux besoins en carbone par le système secondaire de traitement 22 peut alors être déterminé.
Comme dans le cas du premier module de traitement 81, un tel modèle mathématique peut être également déterminé en utilisant une technique d’apprentissage automatique et/ou une technique statistique et/ou une technique mécanistique.
En outre, ce modèle mathématique est également déterminé en fonction de la nature des moyens de contrôle de la teneur en carbone tels qu’ils seront décrits par la suite.
Chacun des modules de traitement 81, 82 présente par exemple au moins partiellement un logiciel qui est mis en œuvre par un calculateur comprenant par exemple un processeur et une mémoire permettant de le faire. Alternativement ou en complément, au moins l’un de ces modules 81, 82 est mis en œuvre au moins partiellement sous la forme d’un circuit logique programmable tel que le circuit FPGA (de l’anglaisField Programmable Gate Array) ou le circuit ASIC (de l’anglaisApplication Specific Integrated Circuit).
Selon le premier mode de réalisation illustré sur laFIG. 1, les moyens de contrôle de la teneur en carbone comprennent un circuit de redirection 90 s’étendant entre la première sortie 36 du clarificateur primaire 31 et l’entrée du système secondaire de traitement 22. Ce circuit de redirection permet alors de rediriger de la boue primaire rejetée par le clarificateur primaire 31 vers le système secondaire de traitement 22.
Les moyens de contrôle de la teneur en carbone comprennent en outre un premier régulateur de débit 92 permettant de régler le débit de la boue primaire dans le circuit de redirection 90 par rapport au circuit de rejet 38 de la boue primaire.
Le premier régulateur de débit 92 présente par exemple une vanne et/ou une pompe pouvant être configurées pour rediriger une partie de la boue primaire issue de la première sortie 36 du clarificateur primaire 31 ou alors le flux total de cette boue primaire dans un intervalle temporel prédéterminé.
Le fonctionnement du premier régulateur de débit 92 est contrôlé par le deuxième module de traitement 82.
Selon le deuxième mode de réalisation illustré sur laFIG. 2, les moyens de contrôle de la teneur en carbone comprennent un circuit d’alimentation 190, un deuxième régulateur de débit 194 et un troisième régulateur de débit 196.
En particulier, le circuit d’alimentation 190 raccorde une source extérieure de carbone 192 au système secondaire de traitement 22 et notamment, au dispositif de dénitrification 42.
La source de carbone 192 comprend par exemple du méthanol ou tout autre produit contenant du carbone chimique ou organique pouvant être utilisé dans le processus de dénitrification.
Le deuxième régulateur de débit 194 permet de contrôler le débit du produit issu de la source extérieure 192 dans le circuit d’alimentation 190.
Le troisième régulateur de débit 196 quant à lui permet de contrôler le débit dans le circuit de recirculation interne 46 permettant de réinjecter les eaux contenant les nitrates dans le dispositif de dénitrification 42. Selon certains exemples, la fonction du troisième régulateur de débit 196 peut être assurée par la vanne ou la pompe de recirculation 47, telle que décrite précédemment. Dans certains exemples de réalisation, les moyens de contrôle de la teneur en carbone sont dépourvus de troisième régulateur de débit 196.
Chacun des deuxième et troisième régulateurs de débit 194, 196 présente par exemple une vanne et/ou une pompe disposée dans le circuit correspondant.
Le fonctionnement de ces deux régulateurs 194 et 196 est contrôlé par le deuxième module de traitement 82 pour contrôler la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement 22.
Selon le troisième mode de réalisation illustré sur laFIG. 3, les moyens de contrôle de la teneur en carbone comprennent les éléments décrits en relation avec les deux premiers modes de réalisation, c’est-à-dire le circuit de redirection 90, le premier régulateur de débit 92, le circuit d’alimentation 190, le deuxième régulateur de débit 194 et le troisième régulateur de débit 196.
Selon ce troisième mode de réalisation, les moyens de contrôle de la teneur en carbone comprennent en outre un circuit d’injection 290 permettant d’injecter des réactifs chimiques issus d’une source extérieure 292 dans le clarificateur primaire 31.
Les moyens de contrôle comprennent en outre un quatrième régulateur de débit 298 permettant de régler le débit des réactifs chimiques dans ce circuit d’injection 290.
Le fonctionnement de ce quatrième régulateur 298 est également contrôlé par le deuxième module de traitement 82.
Le procédé de pilotage de l’installation de traitement 10 sera désormais décrit en référence à laFIG. 4représentant un organigramme de ses étapes.
Avantageusement, ces étapes sont mises en œuvre de manière régulière avec une fréquence de répétition prédéterminée. Cette fréquence de répétition est par exemple inférieure à une heure, avantageusement inférieure à dix minutes et de préférence inférieure à cinq minutes.
Lors d’une première étape 110, le module de mesure 32 mesure dans le système primaire de traitement 21 au moins un paramètre de premier type caractérisant les eaux traitées par ce système primaire de traitement 21.
Dans certains cas, différents paramètres de premier type peuvent être mesurés lors de différentes récurrences de cette première étape 110. Ainsi, au moins certains paramètres de premier type peuvent être mesurés avec des fréquences différentes.
Puis, lors d’une deuxième étape 120, le premier module de traitement 81 détermine au moins un paramètre de deuxième type à partir du ou de chaque paramètre de premier type mesuré par le module de mesure 32.
Dans certains cas, le paramètre de deuxième type déterminé lors de cette étape 120 dépend du ou de chaque paramètre de premier type disponible. Ainsi, au moins certains paramètres de deuxième type peuvent être déterminés avec des fréquences différentes en fonction de la fréquence de détermination des paramètres de premier type correspondants.
Comme indiqué précédemment, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérise la teneur en matières organiques des eaux traitées.
Lors d’une troisième étape 130, les moyens de contrôle pilotés par le deuxième module de traitement 82 contrôlent la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement 22 en fonction du ou de chaque paramètre de deuxième type déterminé lors de l’étape 120 précédente.
En particulier, la mise en œuvre de cette étape 130 dépend de la nature des moyens de contrôle utilisés pour contrôler la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement 22. Ainsi, lorsque les moyens de contrôle sont mis en œuvre selon le premier mode de réalisation, lors de cette étape, le deuxième module de traitement 82 contrôle le fonctionnement du premier régulateur de débit 92 dans le circuit de redistribution 90.
Lorsque les moyens de contrôle sont mis en œuvre selon le deuxième mode de réalisation, le deuxième module de traitement 82 contrôle le fonctionnement du deuxième régulateur de débit 194 pour régler le débit dans le circuit d’alimentation 190 et/ou le troisième régulateur de débit 196 pour contrôler le débit dans le circuit de recirculation interne 46.
Lorsque les moyens de contrôle sont mis en œuvre selon le troisième mode de réalisation, le deuxième module de traitement 82 contrôle le premier régulateur de débit 92, le deuxième régulateur de débit 194 et le troisième régulateur de débit 196 comme cela est expliqué précédemment. Le deuxième module de traitement 82 contrôle en outre le quatrième régulateur de débit 298 pour régler en outre le débit des réactifs chimiques dans le clarificateur primaire 31.

Claims (12)

  1. Procédé de pilotage d’une installation de traitement (10) des eaux usées comprenant un système primaire de traitement (21) et un système secondaire de traitement (22), le système primaire de traitement (21) comprenant un clarificateur primaire (31) configuré pour séparer une boue primaire des eaux traitées, le système secondaire de traitement (22) comprenant un dispositif de nitrification (43) et un dispositif de dénitrification (42) des eaux traitées ;
    le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - mesure (110) dans le système primaire de traitement (21) d’au moins un paramètre de premier type caractérisant les eaux traitées ;
    - détermination (120) d’au moins un paramètre de deuxième type à partir du ou de chaque paramètre de premier type mesuré, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées ;
    - contrôle (130) de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement (22) en fonction du ou de chaque paramètre de deuxième type.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de détermination (120) du ou de chaque paramètre de deuxième type est mise en œuvre avec une fréquence de répétition inférieure à 1 heure, avantageusement inférieure à 10 min et de préférence inférieure à 5 min.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de contrôle (130) de la teneur en carbone est mise en œuvre avec sensiblement la même fréquence de répétition que l’étape détermination (120) du ou de chaque paramètre de deuxième type.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque paramètre de premier type est choisi dans le groupe comprenant les éléments suivants caractérisant des eaux traitées :
    - pH ;
    - teneur en oxygène ;
    - potentiel d’oxydo-réduction (ORP) ;
    - turbidité ;
    - conductivité électrique ;
    - température ;
    - débit.
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque paramètre de deuxième type est choisi dans le groupe comprenant les éléments suivants caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées :
    - concentration de matières en suspension ;
    - demande biochimique en oxygène (DBO) ;
    - demande chimique en oxygène (DCO).
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mesure d’au moins un paramètre de premier type s’effectue en amont et/ou en aval du clarificateur primaire (31).
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détermination du ou de chaque paramètre de deuxième type s’effectue en utilisant un modèle mathématique, de préférence le modèle mathématique étant déterminé par une technique d’apprentissage automatique et/ou par une technique statistique et/ou par une technique mécanistique.
  8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement (22) s’effectue par le contrôle d’une redirection de la boue primaire dans le système secondaire de traitement (22).
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement (22) s’effectue par le contrôle d’ajout du carbone à partir d’une source extérieure (192) dans le système secondaire de traitement (22), de préférence dans le dispositif de dénitrification (42).
  10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement (22) s’effectue par le contrôle d’une recirculation interne entre le dispositif de dénitrification (42) et le dispositif de nitrification (43).
  11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement (22) s’effectue par le contrôle de réactifs chimiques dans le clarificateur primaire (31).
  12. Installation de traitement (10) des eaux usées comprenant un système primaire de traitement (21) et un système secondaire de traitement (22), le système primaire de traitement (21) comprenant un clarificateur primaire (31) configuré pour séparer une boue primaire des eaux traitées, le système secondaire de traitement (22) comprenant un dispositif de nitrification (43) et un dispositif de dénitrification (42) des eaux traitées ;
    l'installation de traitement (10) comprenant en outre :
    - un module de mesure (32) dans le système primaire de traitement (21) d’au moins un paramètre de premier type caractérisant les eaux traitées ;
    - un premier module de traitement (81) configuré pour déterminer au moins un paramètre de deuxième type à partir du ou de chaque paramètre de premier type mesuré, le ou chaque paramètre de deuxième type caractérisant la teneur en matières organiques des eaux traitées ;
    - des moyens de contrôle de la teneur en carbone dans le système secondaire de traitement (22) en fonction du ou de chaque paramètre de deuxième type.
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