5 défis liés à l’agitation des eaux usées et comment les résoudre
L’agitation est l'un des éléments les plus importants du traitement des eaux usées, mais la conception et l'exploitation d'un système d’agitation posent plusieurs problèmes complexes. Cet article décrit certains des défis les plus courants en matière d’agitation des eaux usées, la manière de les résoudre et les éléments à prendre en compte lors de l'amélioration d'un système d’agitation existant ou de la conception d'un nouveau système.
L’agitation des eaux usées est l'un des processus les plus énergivores d'une station d'épuration, et il joue un rôle important en aidant les services publics à respecter les réglementations relatives à l'élimination des nutriments. Cependant, si votre système n'est pas conçu de manière optimale, vous risquez de consommer trop d'énergie, de gaspiller des ressources et de dépenser trop d'argent pour l'équipement et les réparations.
Avant d'explorer les défis liés à l’agitation, examinons rapidement l'objectif de l’agitation dans les stations d'épuration, et pourquoi il joue un rôle de plus en plus important dans le respect des normes relatives à la qualité des effluents.
À quoi sert l’agitation des eaux usées ?
L'un des principaux objectifs de l’agitation dans une station d'épuration est de mélanger les eaux usées et d'empêcher la sédimentation des solides. Lorsque les eaux usées traversent la station d'épuration, les agitateurs servent à ce qu'elles aient une composition cohérente et uniforme. L’homogénéité des eaux usées augmente l'efficacité des processus de traitement, tels que l'élimination biologique des nutriments (BNR) et la floculation.
Les stations d'épuration utilisent des agitateurs pour créer des conditions optimales pour l'élimination des nutriments, qui consiste à utiliser des bactéries pour consommer l'azote et le phosphore. Il est important d'éliminer ces nutriments car, s'ils sont présents dans les effluents d'eaux usées, ils peuvent nuire à la qualité de l'eau et aux écosystèmes. Sans agitation, les bactéries se fixent dans le bassin, ce qui limite leur capacité à consommer l'azote et le phosphore. Le brassage permet de maintenir les bactéries et les nutriments en mouvement afin d'accroître leur interaction.
L’agitation permet également d'éviter les problèmes de "court-circuit" dans les bassins de traitement. On parle de court-circuit lorsque de nouvelles eaux usées s'écoulent dans un bassin, puis en ressortent sans entrer suffisamment en contact avec les bactéries bénéfiques.
Défis courants en matière d’agitation des eaux usées
Compte tenu des contraintes financières et des réglementations croissantes auxquelles sont confrontés les services publics et les industries, le principal défi lié à l’agitation des eaux usées est d'obtenir les meilleurs résultats tout en utilisant le moins de ressources possible. Voici cinq défis courants que les stations d'épuration doivent relever lors de la conception et de l'exploitation d'un système d’agitation.
1. Choisir le bon type d’agitateur
Les stations d'épuration ont le choix entre plusieurs types d'agitateurs, tels que les agitateurs à ligne d’arbre et les agitateurs submersibles. Le choix du type d'agitateur dépend de l'étape de traitement, du type de fluide à agiter et des objectifs du processus d’agitation. Lors du choix d'un agitateur, il est toujours important de garder à l'esprit que l'on souhaite obtenir des résultats optimaux avec une consommation d'énergie minimale.
Les agitateurs à ligne d’arbre sont insérés directement dans la cuve comme un ventilateur de plafond à l'envers, dirigeant l'énergie vers le fond de la cuve et autour de ses parois. Bien que les agitateurs à ligne d’arbre, lourds et lents, puissent être efficaces dans les cuves de forme simple (par exemple, pas trop plates, larges ou longues), le risque de zones mortes est préoccupant, et le coût d'installation l'est souvent aussi.
Les agitateurs submersibles, quant à eux, sont montés sur le côté de la cuve selon des angles soigneusement étudiés. Ces agitateurs entraînent un flux en forme de boucle autour de la cuve, qui peut être maintenu avec moins d'énergie lorsque le flux atteint le cercle complet. Les agitateurs submersibles peuvent fournir des résultats optimaux avec une consommation d'énergie inférieure à celle d'un agitateur à ligne d’arbre. Lors de la sélection d'un agitateur submersible, il est important de choisir un fournisseur qui peut vous aider à concevoir votre solution d’agitation globale, y compris les options de positionnement de l’équipement.
2. Choisir la taille optimale de l’agitateur
Dans le passé, de nombreuses stations d'épuration choisissaient des agitateurs surdimensionnés pour garantir une agitation optimale quelles que soient les variations de débit. Maintenant que la consommation d'énergie et l'élimination biologique des nutriments sont des préoccupations majeures, les stations d'épuration doivent être plus prudentes dans le choix de la taille des agitateurs. Des agitateurs trop grands peuvent entraîner une consommation d'énergie inutile pendant les périodes de faible débit, car ils sont souvent réglés pour fonctionner à plein régime. Les agitateurs surdimensionnés peuvent également provoquer des remous indésirables en surface et avoir des effets néfastes sur la stabilité mécanique de l'équipement installé.
Lors du choix de la taille d'un agitateur il est important de comprendre la différence entre la puissance et la poussée. La puissance fait référence à la quantité d'énergie utilisée, ce qui ne se traduit pas nécessairement par une meilleure agitation. Un agitateur plus "puissant" peut avoir un moteur et une conception moins efficaces.
La poussée, quant à elle, fait référence à la force créée et transmise au liquide. La poussée est un bien meilleur point de comparaison que la puissance lors du choix d'un agitateur. Le rapport poussée/puissance d'un agitateur mesure la force produite par l'agitateur, divisée par la puissance électrique consommée pour créer cette force. Plus ce rapport est élevé, plus l'agitateur est efficace.
3. Trouver la meilleure implantation pour l’agitateur
La position et l'orientation d'un agitateur dans une cuve de traitement des eaux usées sont essentielles pour maximiser les performances. L'objectif est d'obtenir un débit global optimal, c'est-à-dire la manière dont le fluide se déplace dans tout le volume de la cuve, avec une consommation d'énergie minimale. L'intensité du débit global détermine le résultat global d’agitation.
Le positionnement de l'agitateur doit se faire en fonction de la fonction d’agitation recherchée, de la configuration du bassin, de la poussée de l'agitateur et des propriétés du fluide. Un agitateur submersible, par exemple, doit être positionné de manière que son jet dévie doucement sur les parois pour créer un motif en forme de boucle. Si l'agitateur n'est pas correctement positionné, cela créera des zones mortes où l’agitation ne se produira pas.
Compte tenu de la complexité du positionnement des agitateurs, vous avez besoin d'une solution soigneusement conçue pour obtenir les meilleurs résultats. Pour trouver la solution la plus rentable, choisissez un fournisseur qui propose une modélisation de la dynamique des fluides numérique (CFD). Cette modélisation vous aidera à déterminer l’agitateur et son positionnement optimaux pour répondre à vos besoins spécifiques.
4. Réduire la consommation d'énergie
L'optimisation des processus d’agitation pour minimiser la consommation d'énergie, sans compromettre les performances, est un défi permanent. Pour réduire la consommation d'énergie, il faut choisir des agitateurs à vitesse variable, des moteurs à haut rendement et des conceptions hydrauliques qui maximisent la poussée.
Les agitateurs destinés aux stations d'épuration sont généralement choisis en fonction de la charge de pointe de la station. Or, la plupart des stations ne connaissent que rarement des pics de charge, et si vous utilisez un agitateur à vitesse fixe avec un moteur inefficace, il consommera beaucoup plus d'énergie qu'il n'en faut.
Un agitateur adaptatif, en revanche, peut fonctionner à des vitesses variables en fonction des conditions en temps réel, ce qui réduit la consommation d'énergie et les coûts d'exploitation. Dans ce cas, la poussée peut être simplement augmentée ou diminuée pour répondre aux besoins du moment. Pour réaliser un maximum d'économies d'énergie, choisissez un agitateur à vitesse variable équipé d'un moteur équivalent IE3 ou IE4 à haut rendement. Ces agitateurs présentent l'avantage de faciliter la standardisation des équipements entre les différents bassins d'un site, ou entre les sites.
La conception de l'hélice de l'agitateur joue également un rôle important dans l'optimisation de la poussée tout en minimisant la consommation d'énergie. Les hélices à "pales bananes" de Flygt, par exemple, offrent une poussée exceptionnelle et un débit élevé pour une grande efficacité énergétique. L’hélice est conçue pour être autonettoyante et garantir un fonctionnement sans colmatage, même en présence de matériaux fibreux.
5. Surveillance et contrôle
Les conditions des eaux usées dans les stations d'épuration étant en constante évolution, les agitateurs doivent être surveillés en permanence pour garantir des performances optimales. Les opérateurs doivent surveiller des paramètres tels que la vitesse, la consommation d'énergie et les débits, et s'assurer que les agitateurs ne surchauffent pas, ne fuient pas et ne se bouchent pas. C'est pourquoi les stations d'épuration font de plus en plus appel à des systèmes automatisés de surveillance et de contrôle.
Pour minimiser les opérations manuelles et maximiser les performances, choisissez un système d’agitation qui fournit des données en temps réel, des réglages automatiques de la vitesse et des capacités de surveillance à distance. Les opérateurs peuvent ainsi facilement optimiser les performances, réduire la consommation d'énergie et résoudre rapidement les problèmes éventuels.
Les agitateurs Flygt Adaptatifs, par exemple, peuvent être installés préprogrammés pour fonctionner de manière autonome, parfois même , sans aucune connexion de contrôle externe. Ils sont dotés de rampes programmables pour un démarrage progressif et d'une large gamme de vitesses pour réduire la consommation d'énergie et l'usure. Ils sont également dotés d'une logique d'autoprotection qui ralentit l’agitateur, soit pour déloger des objets coincés dans l'hélice, soit pour éviter des dommages en cas de surchauffe. Les commandes internes tiennent un registre des alarmes pour faciliter la résolution des problèmes.
Cela inclut le contrôle du temps et une fonction très spéciale, rarement utilisée. Nous fournissons des programmes plus réalistes qui nécessitent une certaine participation. Une petite mise en garde ?
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