Grâce aux jumeaux numériques une station d’épuration a réduit l’énergie liée à l’aération de 10 %
Une station d’épuration près du Tyrol en Italie souhaitait diminuer la consommation d’énergie des opérations liées aux boues actives tout en produisant des effluents répondant aux normes. Le déploiement de la solution d’optimisation du système de traitement de Xylem appelée Treatment System Optimization (TSO), a permis à la station de réduire de 10 % sa consommation d’énergie, malgré une augmentation de 33 % de la charge. En effet, le système crée des modèles numériques de processus de traitements. La station a également diminué de 16 % ces effluents d’azote et de 25 % le phosphore total.
ARA Pustertal AG gère la station d’épuration de Innichen-Sexten près du Tyrol italien. La station d’épuration, qui a une charge maximale entrante de 36 000 équivalents-habitants, à un procédé à boues activées, comprenant une pré-dénitrification et une élimination biologique du phosphore.
Les eaux usées traitées dans la station sont constituées d’environ 25 % des eaux usées municipales, 25 % des eaux usées commerciales et 50 % des eaux usées générées par le tourisme. Les eaux usées commerciales incluent les laiteries locales, un producteur de jus de fruits, et un fabricant de bacon et de saucisses qui représente la plus grande part de ces eaux.
Utiliser les données pour faire des recommandations
Pour ce projet, l’opérateur a sélectionné la solution d’optimisation du système de traitement : Treatment System Optimization (TSO) de Xylem. Cette solution fournit des analyses en temps réel des paramètres opérationnels dans les stations d’épuration. Elle donne ensuite des recommandations aux opérateurs des stations pour les aider à faire fonctionner leurs stations plus efficacement, sans encombres et à moindres coûts.
TSO utilise une méthode d’intelligence décisionnelle qui tire profit des données d’une station d’épuration pour fournir des conclusions facilement exploitables et mesurables. Dans la mesure où les données sont mises à jour en temps réel, elles sont immédiatement réinjectées dans le système pour être affinées et améliorées en permanence.
« Les plus gros postes de dépense énergétique dans le traitement des eaux usées sont l’aération et le pompage, explique Konrad Engl directeur exécutif chez ARA Pustertal AG. L’aération insère de l’oxygène dissout dans les eaux usées afin d’aider l’oxydation aérobie et l’élimination de l’azote. Le pompage est utilisé pour déplacer et remettre en circulation l’eau et la boue à travers les différentes étapes du processus de traitement. L’aération des eaux usées dans une station d’épuration représente la plus grande part de la demande totale en électricité de l’équipement. »
Pour la station de Innichen-Sexten, l’objectif était de garantir le respect des normes sur les effluents soient respectées tout en minimisant la consommation d’énergie du système de boues activées. La station souhaitait optimiser les intrants d’oxygène et automatiser le contrôle de la remise en circulation.
Un modèle de jumeau numérique comprenant des réseaux neuronaux
Suivant les objectifs de la station, Xylem a développé un modèle de jumeau numérique des procédés de la station d’épuration. Ce modèle, alimenté par des réseaux neuronaux artificiels, permettrait à la station de comprendre les différentes corrélations entre des charges d’influents, des quantités, des températures, des profils d’aération et d’autres variables de processus, ainsi que les vitesses de dégradation et les concentrations d’effluents qui en résultent.
Le système TSO a déterminé des propositions pour différents scénarios qui assureraient de garantir le respect des normes sur les effluents en consommant le moins possible d’énergie et de produits chimiques. Cela inclut également le calcul de l’impact financier à chaque étape.
Le modèle de jumeau numérique a également fourni des prédictions sur la base des valeurs d’entrée, et le système TSO a calculé le paramètre de fonctionnement le plus favorable (aération de la ligne individuelle, remise en circulation, mode de fonctionnement, etc.) en modifiant séparément les variables de contrôle.
10 % de réduction de la consommation énergétique
Le système TSO peut soit fournir des recommandations aux opérateurs de la station, qui les exécutent alors manuellement, soit se connecter directement au système de contrôle de la station d’épuration. Si le système est en mode manuel, l’opérateur reçoit des notifications avec des recommandations pour ajuster le fonctionnement manuellement. Si le système fonctionne en mode automatique, TSO contrôle la station d’épuration suivant les recommandations sous la supervision de l’opérateur.
« Face aux besoins de plus en plus pressants de gagner en efficacité énergétique et de réduire les coûts, le système TSO de Xylem nous a permis de tirer parti de l’intelligence décisionnelle en utilisant les données pour optimiser les processus, obtenir de meilleurs résultats et réduire la consommation d’énergie, se réjouit Konrad Engl, directeur exécutif chez ARA Pustertal AG.
Après quatre mois de fonctionnement, la solution TSO a permis de faire économiser à la station 10 % d’énergie, bien que la charge polluante entrante ait fortement augmenté de 33 %. La station a également réduit l’azote total de 16 % et le phosphore total de 25 %, par rapport au fonctionnement normal de la station, qui avait déjà d’excellentes performances d’épuration.
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