La planification optimale de la construction d'une station d'épuration garantit un traitement efficace des eaux usées
Le traitement biologique dans le bassin d'aération n'est pas seulement l'étape clé des processus prévalents de traitement des eaux usées, c'est aussi celle qui consomme le plus d'énergie. Si les exploitants souhaitent améliorer le bilan énergétique de leur station d'épuration, l'optimisation de l'aération dans les bassins d'aération leur offre une grande marge de manœuvre en matière de conception. Le dimensionnement correct des aérateurs, la sélection des technologies appropriées et le contrôle intelligent, guidé par les données, du fonctionnement du bassin d'aération sont donc au cœur de la construction de l'installation. La consommation d'énergie et les émissions peuvent être réduites de manière significative grâce à une planification intégrée des nouveaux projets et des rénovations.
Facteurs pour un traitement efficace des eaux usées
Pour que le travail holistique de traitement des eaux usées réussisse, il est essentiel que toutes les dimensions cibles pertinentes soient suffisamment prises en compte :
- Performance de nettoyage
- Stabilité opérationnelle
- Coûts
En tant que mesure de la qualité du traitement des eaux usées, la performance de nettoyage représente la plus haute priorité pour une station d'épuration. En effet, il est nécessaire de respecter les limites légales applicables qui, en fonction de l'utilisation de l'eau traitée, peuvent même dépasser les exigences minimales de l'ordonnance allemande sur les eaux usées. La stabilité de l'usine doit être considérée dans un contexte similaire. Une station d'épuration doit atteindre les performances requises même en cas de charges de choc. Cependant, les technologies qui ont dépassé leur durée de vie et les modes de fonctionnement avec une forte usure des matériaux peuvent les mettre en péril.
Les coûts énergétiques sont pratiquement le seul facteur de coût qui peut être influencé de manière significative dans le fonctionnement quotidien d'une station d'épuration. Les autres coûts, tels que ceux de l’équipe de service ou de la maintenance, doivent être considérés comme fixes dans la mesure du possible. Lors de la construction d'une nouvelle usine, des décisions cruciales concernant la demande d'énergie ultérieure sont prises dès les premières phases. Cependant, avec environ 10 000 stations d'épuration municipales au niveau national, les nouvelles constructions sont clairement une exception.
Par conséquent, le remplacement des composants de l'usine est beaucoup plus fréquent. Dans la pratique, cependant, cela ne se produit généralement que lorsqu'il devient nécessaire de remplacer une technologie défectueuse – dans très peu de cas, cela n'est effectué « que » pour optimiser les structures de coûts. Quiconque souhaite réduire efficacement les coûts de fonctionnement des stations d'épuration devrait néanmoins commencer par les besoins en énergie, pour lesquels des améliorations significatives peuvent être obtenues même sans remplacer les composants les plus importants de l'installation.
La conception de la station et le choix des paramètres d'exploitation ont également un impact sur d'autres facteurs importants tels que la nature et la quantité des boues d'épuration et les possibilités de récupération des nutriments.
Traitement des eaux usées : aspects énergétiques
Les stations d'épuration représentent environ 20 % de la consommation d'énergie des installations municipales. Cela montre l'impact bénéfique que les économies d'énergie peuvent avoir sur les finances d'une municipalité. Cependant, le fait que le traitement des eaux usées soit très énergivore et représente donc un important potentiel d'économies est également vrai pour les installations commerciales. Outre la perspective financière, il y a la perspective écologique : Selon une étude menée par l'Agence fédérale de l'environnement, les opérateurs peuvent réaliser des économies moyennes de 30 % sans investir dans de nouvelles machines, évitant ainsi l'émission d'environ 900 000 tonnes de CO₂ par an.
L'aération des eaux usées dans le bassin d'aération, où s'effectue le traitement biologique, représente environ 50 % de la consommation d'énergie d'une station d'épuration. En outre, les stations de traitement des boues d'épuration disposent d'agitateurs fonctionnant en marche continue. Les autres étapes du processus représentent chacune une proportion relativement faible de la consommation totale d'énergie et sont donc moins prioritaires dans les projets d'optimisation de la construction des installations.
Cependant, les stations d'épuration ne sont pas seulement des consommateurs d'énergie ; dans de nombreux cas, elles en produisent également. Les stations d'épuration des classes de taille 4 et 5, qui représentent en Allemagne la majorité de la population (EH), pompent les boues d'épuration (un sous-produit du traitement des eaux usées) dans ce que l'on appelle des digesteurs. Avec l'ajout d'énergie thermique, la décomposition des composants organiques des boues produit un gaz de putréfaction thermiquement utilisable.
Des centrales thermiques de type bloc convertissent le gaz en électricité et en chaleur. La réduction des besoins en énergie n'est donc pas le seul point de départ pour améliorer le rendement. En outre, il est possible d'augmenter sa propre production d'électricité et de chaleur et de réduire ainsi la consommation d'énergie externe pour le fonctionnement des surpresseurs, des pompes et des agitateurs, ainsi que pour le chauffage de la cuve du digesteur. AERZEN propose également des solutions et des concepts pour cette approche globale de la construction d'installations et intègre la production d'énergie dans la planification.
L'aération comme point central de la construction d'une usine
La ventilation d'un bassin d'aération activé nécessaire au traitement biologique représente environ 50 % de la consommation totale d'énergie des grandes stations d'épuration, et cette proportion tend à être encore plus élevée pour les petites stations. Lesefforts de réduction des coûts de fonctionnement doivent donc commencer par là. Qu'il s'agisse d'une nouvelle planification ou d'un investissement de remplacement, l'adaptation experte de la configuration du système aux exigences individuelles de la station d'épuration peut apporter des améliorations significatives. La technologie de surpresseur, le nombre et la taille des surpresseurs individuels et leur contrôle intelligent offrent des possibilités de conception considérables. Depuis des décennies, AERZEN travaille en étroite collaboration avec les exploitants de stations d'épuration et tient compte de leurs exigences dans le développement de ses produits et de ses solutions.
Pour aider les clients à optimiser l'ensemble de leur système d'aération, AERZEN propose non seulement une technologie de surpresseur hautement développée dans le cadre du concept Performance³, mais aussi le logiciel de contrôle correspondant et l'expertise nécessaire pour coordonner le système. AERZEN soutient ses clients dès la phase de planification et élabore avec eux les projets correspondants. L'expérience acquise dans le cadre d'un large éventail de projets et les aides à la planification spécialement conçues à cet effet permettent de trouver une solution rapide, prudente et à l'épreuve du temps.
Le choix du système d'aération détermine les besoins énergétiques de l'étape de traitement biologique sur une période de temps considérable. En effet, les stations de surpresseur ne peuvent souvent être remplacées que dans le cadre d'un investissement de remplacement. Dans les deux cas de planification, c'est-à-dire pour les nouvelles constructions et les rénovations, il est donc crucial de choisir la technologie optimale et le modèle approprié. Pour des raisons techniques, les différentes technologies de surpresseur ont des caractéristiques de fonctionnement différentes et la taille des unités individuelles joue également un rôle important.
AERZEN propose à ses clients le surpresseur à pistons rotatifs Delta Blower, le compresseur à vis basse pression Delta Hybrid et le turbocompresseur Aerzen Turbo. Bien que les turbocompresseurs soient particulièrement efficaces sur le plan énergétique au moment de leur conception, leur plage de charge est moins étendue que celle des autres technologies. En revanche, une machine à lobe rotatif dispose d'une plus grande plage de contrôle. Le système peut donc gérer des charges variables de manière très efficace, car le rendement reste pratiquement le même à tous les points de fonctionnement.
Cela signifie que différentes technologies de surpresseur sont disponibles avec des forces individuelles ; la tâche du planificateur de système est de les configurer dans un système d'aération d'une manière qui combine leurs forces et sert de manière optimale tous les profils de charge. La possibilité de faire fonctionner ensemble des ensembles de tailles différentes et de les agencer de différentes manières offre une plus grande liberté de planification. Les spécialistes de l'application AERZEN prennent en charge l'analyse des profils de consommation et de charge afin de fournir une base de données pour une planification ultérieure.
L'utilisation optimale de ce gain de flexibilité repose toutefois sur une base de données suffisante. Le manque d'informations sur les conditions de marche des composants de l'installation et sur les caractéristiques de charge de la station d'épuration rend difficile l'exploitation du potentiel des technologies modernes.
Alors que le fonctionnement des stations d'épuration a généralement été fortement influencé par l'expérience de leur personnel, l'utilisation des potentiels de rendement existants doit être repensée. Cela s'applique particulièrement à l'étape d'aération, où les charges changeantes et les stations de surpresseur, qui sont constituées de groupes aux caractéristiques différentes, rendent nécessaires des contrôles intelligents basés sur des données. La surveillance de la consommation d'énergie des composants les plus énergivores des installations et la mesure des pertes de charge sont des conditions préalables à l'optimisation de l'énergie et à la détection précoce des défaillances. Cela dit, la collecte de données n'est pas encore la norme, en particulier dans les petites stations d'épuration. Toutefois, la baisse des prix de la technologie de mesure appropriée facilite l'adaptation.
Lors de la reconfiguration de la station de surpresseur et de la définition de la stratégie de contrôle individuelle, l'acquisition de données fait partie intégrante du processus de planification. Lors d'un AERaudit, les experts d'AERZEN enregistrent l'évolution du débit volumique, de la pression du système, des températures et de la consommation d'énergie au fil du temps. Ces données permettent de réaliser des analyses complètes du profil de charge du bassin d'aération. Sur cette base, les spécialistes de la construction d'installations développent un concept d'installation adapté de manière optimale aux caractéristiques individuelles de la station d'épuration. L'objectif est de développer les caractéristiques des différentes technologies de surpresseur et des différentes tailles de montage de manière avantageuse.
Le système de contrôle commande de la station détermine lequel des surpresseur du système composite doit fonctionner à quel point de fonctionnement pour une charge totale donnée de la station d'épuration. Le système de contrôle commande intégré AERsmart distribue le débit volumique aux différentes machines de manière à optimiser leur rendement. Cela permet au système de contrôle commande de réagir à un stade précoce aux changements de charge avec des volumes d'eaux usées élevés et des niveaux de contamination élevés. Le système de contrôle commande global permet de réaliser des économies d'énergie allant jusqu'à 15 %. En utilisant la technologie de pointe du surpresseur, les exploitants d'usines peuvent réduire l'énergie d'aération jusqu'à 50 %. Toutefois, l'élaboration d'un concept global cohérent par le fabricant de l'installation est toujours le facteur décisif.
L'optimisation énergétique de l'aération permet de réduire considérablement les coûts énergétiques et les émissions d'une station d'épuration. La mise en œuvre est souvent difficile dans la pratique, en particulier dans les institutions municipales. Bien que les investissements dans la technologie des surpresseurs soient rapidement amortis grâce au meilleur rendement, l'obtention des fonds nécessaires constitue un obstacle à la mise en œuvre.
Une station de surpresseur ne peut souvent être remplacée par les constructeurs d'installations que dans le cadre d'un marché de remplacement déjà nécessaire. Cela rend Performance3 d'AERZEN particulièrement flexible, ce qui signifie que toutes les stations d'épuration peuvent améliorer leur efficacité énergétique. Outre les dernières technologies de surpresseur du portefeuille de l'entreprise, les unités existantes de fabricants tiers peuvent également être intégrées dans le système de contrôle commande global intelligent. Bien entendu, l'unité de contrôle peut également gérer une seule machine. Même les opérateurs de systèmes qui ne sont pas en mesure de remplacer complètement l'unité d'aération à moyen terme peuvent ainsi obtenir des améliorations à deux chiffres en termes de pourcentage d'efficacité énergétique.
