Appareils de clarification comme système complet

Fiabilité dans le processus d’épaississement des boues

Les stations d’épuration utilisent différents processus de traitement des eaux usées en fonction de leur taille. Les stations plus petites, pour jusqu’à 30 000 habitants, sont souvent construites comme des usines d’aération avec une stabilisation aérobie des boues. En revanche, les stations de plus grande taille (> 30 000 habitants) utilisent généralement une stabilisation anaérobie des boues. Au cours de ce processus, les boues activées produites lors de l’épuration biologique sont retirées du bassin de décantation secondaire et renvoyées dans le bassin d’aération. Cependant, une partie de ce flux doit être retirée en tant que boue excédentaire et introduite avec la boue primaire provenant de l’étape de décantation primaire dans le bassin de fermentation pour la stabilisation anaérobie des boues.

Le volume important de ces boues excédentaires représente un défi considérable. Les boues sont extraites du bassin de clarification secondaire avec une dilution très élevée d’environ 5 à 10 g/litre seulement, et doivent donc être épaissies à environ 50 à 85 g/litre pour atteindre la concentration optimale pour le bassin de fermentation. Cela permet de réduire le volume d’environ 80 à 90 %. Il existe plusieurs méthodes pour y parvenir, notamment l’épaississement statique ou la stratification, chacune d’entre elles présentant cependant des inconvénients spécifiques. Une excellente méthode, qui offre de nombreux avantages, consiste à épaissir les boues à l’aide de décanteurs.

Bien qu’il soit techniquement complexe d’utiliser un bassin de fermentation, il est essentiel pour le processus global et les coûts d’exploitation résultants de l’appareil de clarification. En effet, un processus de décomposition optimal permet d’augmenter le rendement gazeux et donc de réduire les coûts énergétiques. Parallèlement, les boues correctement digérées peuvent être efficacement déshydratées, ce qui réduit également les coûts d’élimination. Une charge optimisée du bassin de fermentation a un impact très positif sur le contrôle du processus global. La charge doit être aussi uniforme et constante que possible. Un moyen d’atteindre cet objectif est d’utiliser le décanteur Flottweg OSE équipé d’un système de contrôle des boues épaissies.

Le processus d’épaississement et les facteurs d’influence

En considérant le processus global, plusieurs points et facteurs d’influence doivent être pris en compte :

• les conditions d’alimentation de l’appareil de clarification influencent la concentration et le volume des boues excédentaires. Les fortes pluies peuvent jouer un rôle clé à cet égard.
• Les boues doivent être prélevées de manière optimisée dans le bassin de clarification secondaire, c’est-à-dire peu après la production des boues.
• Il est recommandé de maintenir une alimentation solide avec un débit et une concentration constants pour le bassin de fermentation.
• Le rendement de séparation du processus d’épaississement doit être le plus élevé possible afin de maintenir la charge de retour aussi faible que possible ; au moins 95 % sont nécessaires et 98 % ou plus est préférable.
• Dans la mesure où les floculants polymères peuvent interférer avec le processus de décomposition, leur quantité doit être maintenue aussi basse que possible. 
• Plus il y a de polymère dans les boues, plus la viscosité est élevée et moins le mélange dans le bassin de fermentation est efficace, ce qui entraîne une diminution du rendement gazeux.

 

Le défi :

Le système d’épaississement fonctionne principalement de manière autonome, nécessitant peu d’attention de la part du personnel d’exploitation. Cependant, la stabilité et la fiabilité du processus doivent être garanties.  Parallèlement, il est important de maintenir les coûts d’investissement et d’exploitation dans des limites raisonnables. Le système d’épaississement peut être facilement adapté aux changements dans le processus global ou à des situations opérationnelles particulières.

L’épaississement des boues excédentaires à l’aide d’un décanteur modifie la structure (viscosité) des boues. Les boues épaissies (TS) présentent une structure crémeuse qui permet de les pomper facilement même à des concentrations élevées de matière sèche. Ces propriétés des boues ont également un impact positif dans le bassin de fermentation, en raison de la faible formation de mousse et de l’évacuation plus facile des bulles de gaz. En revanche, les boues épaissies produites par un épaississeur à bande ont une structure très floconneuse. Ces boues sont beaucoup plus susceptibles de mousser dans le bassin de fermentation.

 

Grâce à l’épaississement par décanteur, les particules solides sont séparées du liquide grâce au champ gravitationnel artificiel créé dans le décanteur, qui est plusieurs fois plus puissant que le champ gravitationnel terrestre. Les floculants polymères (FP) sont ajoutés en très petites quantités uniquement pour faciliter l’écoulement de la phase liquide.

 

En tenant compte de ces facteurs d’influence, le décanteur OSE Flottweg a été conçu pour relever les défis de cette étape du processus et a été amélioré en permanence au fil des années. De plus, sa technologie avancée de commande et de régulation lui permet de fonctionner de manière autonome, même sans la supervision du personnel d’exploitation. La protection contre l’abrasion étendue du décanteur garantit une durée de vie de plus de 100 000 heures de fonctionnement et la machine est conçue pour une utilisation en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. La consommation d’énergie spécifique est d’environ 0,10 – 0,3 kWh/m³, selon les propriétés des boues. La géométrie du bol et de la vis convoyeur produit des résultats de séparation uniques.

Grâce à son système fermé, le décanteur OSE empêche toute diffusion d’aérosols biologiquement contaminés dans l’environnement. Sa conception silencieuse et la faible vitesse de son rotor permettent de réduire les émissions sonores.

Ajout et contrôle du polymère

La quantité de FP requise dépend de la charge de solides : les FP doivent être régulés en fonction de la charge pour garantir un dosage optimal. Pour cela, une sonde est installée dans l’alimentation en boues minces afin de mesurer la concentration en solides. La charge est calculée sur la base de l’alimentation hydraulique et de la concentration, et le dosage des FP est régulé en conséquence. Une dose courante de FP est d’environ 0,5 à 2 kg de FP/t de TS. La valeur exacte est définie par l’opérateur sur le panneau de commande, puis régulée automatiquement par le système de commande.

Une floculation complète n’est pas nécessaire lors de l’utilisation du décanteur, les FP étant uniquement utilisés pour faciliter l’écoulement du centrât afin d’améliorer le degré de séparation, et non pour la séparation proprement dite. En général, il est suffisant et même recommandé d’utiliser un produit en poudre peu coûteux. Remarque importante : Outre les polymères synthétiques courants, vous pouvez également utiliser des polymères biodégradables à base de chitine ou d’amidon. Et si les propriétés des boues sont satisfaisantes, dans certains cas, vous pouvez même renoncer complètement à l’ajout de FP avec le décanteur OSE.

Contrôle des boues épaissies

La modification des conditions d’alimentation affecte également l’évacuation des boues épaissies. Cependant, il est important que le bassin de fermentation reçoive une alimentation constante en solides ainsi qu’une quantité hydraulique constante. Pour garantir ces deux paramètres, le décanteur OSE est équipé d’un système de commande supplémentaire pour la régulation des boues épaissies. Ce système mesure la concentration des boues épaissies à l’aide d’une sonde. Grâce à un algorithme intégré à l’automate programmable, l’entraînement Simp Drive^® maintient la concentration des boues épaissies constante. L’opérateur doit simplement sélectionner la valeur souhaitée sur le panneau de commande, par exemple 6 % TS, et le reste est effectué par le contrôleur.

Surveillez en permanence le rendement de séparation

Plus le rendement de séparation est élevé et plus le centrât est propre, plus la charge de retour de l’appareil de clarification est faible. Le décanteur OSE peut atteindre des rendements de séparation constants de > 95 %, souvent même > 98 %. Un capteur surveille la qualité du centrât afin que les opérateurs puissent surveiller à tout moment le rendement de séparation. Cela vous permet de réagir immédiatement en cas d’écarts, par exemple en ajustant la quantité de polymère.

Encombrement et fonctionnement du décanteur OSE

Ce système d’épaississement est très compact. Le capacité de débit spécifique par espace clos est souvent bien supérieure à celle des autres systèmes, en particulier des systèmes plus grands. Cela permet de l’installer dans des bâtiments existants, ce qui engendre des économies de coûts de construction. Les systèmes de conteneurs peuvent également être facilement installés.

 

Outre les quantités de boues fines, de boues épaissies et de centrât, le système surveille les paramètres importants de la machine tels que la vitesse, les vibrations, la température de stockage, la consommation d’énergie et les pressions de tuyauterie. Cela permet à l’opérateur de surveiller tous les paramètres pertinents, et ce, à tout moment. Le système d’épaississement peut être commandé et surveillé à partir du panneau de commande ou du poste de contrôle du processus. Hormis les inspections ponctuelles, aucune intervention sur site n’est nécessaire.

Entretien facile et personnalisable

Le décanteur OSE de Flottweg se caractérise par sa facilité d’entretien. Tous les assemblages et composants importants sont facilement accessibles. Les coûts de maintenance sont réduits au minimum grâce à une protection contre l’abrasion intégrale et de haute qualité combinée à des aciers inoxydables résistants à la corrosion (V4A et Duplex). Les roulements sont robustes et durables. Toutes les pièces d’usure peuvent être remplacées sur site, ce qui évite des temps d’arrêt prolongés pendant la durée de vie du décanteur.

De plus, aucun outil spécial n’est nécessaire.

Les spécialistes du service Flottweg peuvent également accéder au système de commande – après autorisation du personnel d’exploitation – et fournir ainsi un support pour l’exploitation ou la maintenance à distance.

 

Outre sa facilité de maintenance, le système s’adapte également aux exigences changeantes de manière optimale. Si, par exemple, des bactéries filamentaires (microthrix) apparaissent dans l’appareil de clarification et dégradent l’indice des boues, le traitement de ces boues en vrac sera quand même efficace malgré un SVI allant jusqu’à 300 ml/g. Au maximum, cela peut se traduire par une augmentation des exigences en polymères et/ou une légère réduction du débit. Le système convient également à l’épaississement de boues primaires ou de mélanges de boues, nécessitant simplement une optimisation des paramètres de la machine. Si des processus supplémentaires, comme l’hydrolyse thermique, sont intégrés à l’avenir, les décanteurs OSE peuvent être facilement ajustés.

 

Le chargement constant du bassin de fermentation permet d’économiser des coûts de chauffage et d’optimiser le processus de décomposition, ce qui augmente le rendement en gaz et améliore de surcroît l’équilibre énergétique de l’appareil de clarification. Une exploitation 24 heures sur 24 réduit les coûts d’investissement tout en améliorant la gestion du processus de clarification secondaire.

Exemple de décanteur en service

L’expérience de nos clients a montré que l’utilisation du décanteur pour l’épaississement a amélioré à la fois le degré de décomposition et le résultat de la déshydratation. De plus, les conditions biologiques ont été considérablement améliorées grâce à l’intégration entièrement automatique du décanteur d’épaississement dans la gestion du processus : il en résulte une consommation d’oxygène plus faible, une charge de retour réduite grâce à un centrât propre et un indice de boues constamment bas (90 – 110). L’utilisation du décanteur améliore également les valeurs d’écoulement pour NH₄ -N. Par ailleurs, cela a un effet bénéfique sur la déshydratation, diminuant la consommation d’énergie du décanteur de déshydratation d’environ 14 %, de 2,47 à 2,12 kWh/m³.

Cet exemple et les paramètres associés montrent comment le décanteur OSE peut avoir un impact positif sur le processus d’épaississement des boues.

Auteur : Klaus Peisl, responsable des applications de traitement des eaux usées et de l’eau, et Alexandra Schlierf, ingénieure commerciale pour les applications de traitement des eaux usées et de l’eau.