Etape essentielle à tout traitement biologique, l'aération est grosse consommatrice d'énergie. En permettant de définir les performances des ouvrages avant construction ou réhabilitation, de diminuer le nombre et la durée des essais expérimentaux, de réduire les coûts d'exploitation des procédés et de tester différents scénarii sans contrainte d'échelle ni de faisabilité, la modélisation est une voie prometteuse pour optimiser les process et les coûts.
Pour optimiser le couple aération/agitation et, conséquemment, le process épuratoire, il est aussi essentiel de choisir les équipements adaptés à la configuration des bassins que de les dimensionner et les positionner correctement.
Choisir les équipements adaptés aux besoins
L’agitation et l'aération sont les deux phénomènes essentiels qui se déroulent au sein
d'un bassin à boues activées pour assurer un fonctionnement correct du processus épuratoire. De manière couplée ou dissociée, ils assurent la mise en contact de l’effluent avec la biomasse et l’oxygénation du milieu pour la croissance et le développement microbien. De nombreux équipements sont proposés sur le marché pour assurer l'une ou l'autre ou bien ces deux fonctions combinées via différents dispositifs.
Côté agitation, la plupart des pompistes comme KSB avec Ama-prop-Amamix, Flygt avec les séries 4410, 4430 et 4460, Caprari avec les séries CM et CB, CE2A avec Famed, ABS avec les séries SB 900 & 2500, ou encore Salmson-EMU avec les séries TR 2xx (2 pales) et TR3xx (3 pales) avec des diamètres d’hélice de 1,5 à 2,4 m, et Landia développent une offre adaptée à la plupart des configurations.
Les agitateurs à rotation lente, grâce à leurs pales de grand diamètre, permettent ainsi de brasser d’importants volumes moyennant une faible consommation d’énergie. ABS France propose par exemple une large gamme intégralement renouvelée depuis trois ans. « Cette gamme tient compte de l’augmentation importante des contraintes nouvelles qui pèsent sur ces appareils du fait de la hausse croissante des hauteurs d’eau dans les bassins » souligne Henry de Miramon, Directeur Commercial Assainissement chez ABS France. De fait, ces appareils qui ont fait leurs preuves sur des profondeurs qui n’excédaient pas six mètres ont été installés plus récemment sur des bassins bien plus profonds, subissant ainsi des contraintes mécaniques intenses. Tenant compte de ce phénomène, la plupart des fabricants ont donc revu leur gamme. Chez ABS, la gamme Flow Booster SB se compose d’équipements d’un diamètre de 900 mm à 2 500 mm adaptés aux bassins profonds. « Installés sur un socle en béton fixé sur le radier du bassin, ils sont également rehaussés de 1,20 à 2,50 m et leur système de mise en place breveté sait s'affranchir de la présence de filasses », précise Henry de Miramon. Chez Flygt, depuis l’élargissement de la gamme avec le lancement du modèle 4460, les agitateurs dits « pales banane » sont proposés avec des puissances de moteurs jusqu'à 5,7 kW et des diamètres d'hélice variant de 1,4 à 2,5 m, ce qui permet de limiter le nombre d’appareils pour les bassins de très grand volume. En combinant les différents moteurs avec les rapports de réduction et les diamètres d'hélice, il est possible d'obtenir un large choix de performances.
Faciles à installer, les agitateurs submersibles sont également économes en énergie et présentent l’avantage d’être simples à positionner et à orienter. Le flux engendré par l’agitateur doit être orienté de manière à se propager sur une longue distance en épousant la forme du bassin. Cela crée un flux de circulation d'amplitude maximale, qui fournit une agitation plus efficace avec une plus faible consommation d’énergie. « Un positionnement correct est primordial pour obtenir dans de bonnes conditions une vitesse de circulation efficace, souligne Henry de Miramon. En particulier, la distance de ces agitateurs par rapport, soit aux rampes de diffuseur d’air soit aux “virages” des bassins, compte beaucoup pour leur bonne efficacité et leur durée de vie. »
Côté aération, l’offre est tout aussi vaste qu’il s’agisse de systèmes d’aération pneumatiques ou mécaniques. Ils sont proposés par des spécialistes tels que Europelec, SCM Tecnologia, Flygt, IFU ou ABS.
depuis le rachat de Nopon en 2002 d’une gamme étendue d’équipements et de compétences dans ce domaine.
En matière d’aération pneumatique, on citera les diffuseurs fines bulles qui équipent bon nombre des stations d’épuration construites depuis le début des années 1990. Quelles que soient leurs formes – disques, tubes ou plaques – et leur conception, ces équipements ont fait leurs preuves. Pour Olivier Bremond, Chef de produit aération chez Flygt, « Les meilleurs rendements et les meilleurs résultats s’obtiennent avec des disques. C’est donc plutôt la solution que l’on cherche à promouvoir en termes de bioénergétique de station ».
Inconvénient, des phénomènes de colmatage des membranes ont tendance à apparaître. Pour Olivier Brémond, l’apparition de ces phénomènes dépend de plusieurs facteurs à commencer par la façon dont est conduite l’exploitation : « Si l’exploitant n’effectue pas régulièrement ce que l’on appelle un sursoufflage, c’est-à-dire une insufflation d’air au maximum du nominal pour décolmater la membrane, ou mieux encore un curage préventif à l’acide formique, il s’expose à des désagréments plus tôt que prévu ».
Autre facteur crucial, la nature des effluents, « susceptibles de réduire d’un facteur 3 à 4 la durée de vie des membranes en EPDM, souligne Olivier Brémond. Ce sont des pièces d’usure, qui subissent des déformations, des agressions chimiques et dont il est très difficile de prévoir la durabilité ».
Un point de vue partagé par Henry de Miramon : « Les eaux chargées en carbonates ont par exemple une fâcheuse tendance à colmater les membranes qui sont également mises à rude épreuve par des effluents industriels agressifs, contenant des hydrocarbures ou encore des graisses. De plus, du fait de l’augmentation des profondeurs, les températures d’air augmentent et les arrivées d’huiles en provenance des compresseurs attaquent l’EPDM ».
Au total, la durée de vie des membranes est très variable : « entre 3 et 12 ans avec une moyenne de 5 à 7 ans, précise Henry de Miramon. Mais durant cette période, leur rendement n’est pas linéaire du fait de la progressivité des phénomènes de colmatage. Si bien que le bilan énergétique au démarrage de l’exploitation n’est pas toujours celui que l’on trouve à l’arrivée ».
La généralisation des systèmes dits “grutables” permet dans certains cas de changer les membranes. Mais cette opération n’est pas anodine. Outre les phénomènes de corrosion qui peuvent apparaître au moment de la sortie de l’équipement du bassin, des casses qui se produisent lors de sa manipulation, des difficultés sont susceptibles d’apparaître lorsqu’il faut repositionner l’équipement dans ses emplacements d’origine. Pour Henry de Miramon, « Une telle opération peut se révéler extrêmement simple, mais aussi très compliquée voire impossible sans qu’il soit possible de le prévoir à l’avance ».
Pour contrer ces phénomènes, Bibus France propose de son côté trois catégories de membranes en EPDM, EPDM plastifié et EPDM siliconé permettant ainsi leur utilisation en eaux chargées ou/et agressives. De la même façon, Bibus France propose également une large gamme de diffuseurs fines bulles — disques ou tubes — exempts de toute pièce métallique pour résister aux effluents agressifs. De même, cette société vient de mettre sur le marché le HD 50, un mini-diffuseur fines bulles, susceptible, selon Sébastien Ressicaud, responsable du Pôle Environnement chez Bibus France, « d’être mis en place dans les bassins à encombrement réduit ou éventuellement dans les recoins de bassins plus importants ».
En dehors de l’aération pneumatique, d’autres solutions reposant sur une aération mécanique peuvent être proposées. Certaines, dites déprimogènes, ne font pas appel à l’insufflation d’air surpressé. Flygt et
ABS proposent par exemple des turbines de fond, les Flymarator ou les Frings, des turbines composées d'une roue dont la fonction consiste à cisailler l’air. L’air arrive sous la roue, la vitesse de celle-ci crée une dépression qui aspire l’air. Le système déprimogène est efficace jusqu'à environ 6 mètres de profondeur. La roue tournante cisaille l’air au fur et à mesure qu’il arrive et achemine le mélange vers une hydraulique & canaux qui va rééjecter l'eau mélangée à l'air cisaillé pour aérer l'ensemble du bassin.
D'autres font appel à un dispositif de surpression. C'est le cas du système OKI proposé par ABS. Installé en fond de bassin, il est composé d’un moteur faisant tourner un rotor qui diffuse un mélange air eau fines bulles. « C’est un système incolmatable, souligne Henry de Miramon. C’est dire que le rendement aération, au départ un peu inférieur au rendement des diffuseurs fines bulles, reste constant dans le temps. Ce sont de plus des appareils qui se posent en fond de bassin et qui sont extrêmement faciles à sortir et à repositionner ». Même si l'investissement initial est un peu plus élevé, le OKI est une alternative intéressante en stations de traitement industrielles mais aussi en stations urbaines lorsque la nature des effluents conduit à un colmatage rapide des diffuseurs à membranes. De plus, un OKI peut fonctionner avec ou sans air. Dans le premier cas, il assure le brassage des effluents et leur aération, dans le second cas, il se contente uniquement de brasser. « Avec un OKI, on peut ainsi se passer d’agitateurs complémentaires » souligne Henry de Miramon. La station d’épuration de la ville de Laon, exploitée par Lyonnaise des Eaux, a ainsi récemment troqué ses diffuseurs à membranes qui se colmataient rapidement du fait d’une eau trop chargée en carbonates, contre 4 aérateurs OKI. Aujourd’hui, plus de 170 systèmes de ce type fonctionnent en France et 700 dans le monde dans une gamme de puissance de 3 à 37 kW.
Autre solution en vogue ces dernières années, le couple hydro-éjecteur et pompe submersible immergés en fond de bassin, très prisé en matière d’effluents industriels lorsque les solutions pneumatiques se révèlent insuffisantes. Il permet d’assembler des pompes de différentes puissances et de différentes caractéristiques hydrauliques avec des éjecteurs de différente capacité de flux afin de répondre à toutes les exigences. ABS avec Venturi-Jet, SCM Tecnologie avec Air-Get, Caprari avec Oxyflow, Salmson avec SR, Biotrade avec Hydrodyn, Landia avec Air-Jet tout comme Flygt et Ksb proposent des dispositifs susceptibles de compléter ou de remplacer des équipements existants. Avantages de ce type de solution : installés en fond de bassin, ces équipements ne nécessitent ni travaux de génie civil, ni tuyauteries, ni accessoires et sont susceptibles d’être rapidement installés sur tous types de bassin. L’effluent, aspiré par la pompe est acheminé à travers un ou plusieurs éjecteurs, en provoquant une chute de pression qui permet l'aspiration d'air à travers un tube communiquant avec l'atmosphère. Il en résulte un mélange air/eau qui permet le transfert de l'oxygène sous la forme de bulles semi-fines.
Autre possibilité, l’aération de surface, une technique rustique mais qui garde tout son intérêt grâce à son faible coût, sa flexibilité, son efficacité et aussi la facilité de la maintenance qui ne doit pas être sous-estimée.
TMI propose ainsi une large gamme d’aérateurs de surface assurant tout à la fois les fonctions d'aération et d’agitation.
Qu’ils soient fixes ou flottants lorsque les travaux de génie civil sont difficiles ou coûteux à réaliser, leur conception et leur mode de fonctionnement sont identiques.
Les turbines lentes d’Europelec sont également conçues pour optimiser le brassage et l'oxygénation des eaux usées.
Plus particulièrement conçues pour une utilisation en position fixe
Elles peuvent être adaptées pour un usage en position flottante.
SCM Tecnologie, avec ses modèles ASP/V, propose une gamme (4-75 kW) de 12 turbines lentes fixes ou flottantes qui allient les avantages d'une roue en fibres de verre renforcée, d'un rendement d'aération élevé, d'un brassage efficace, d'un réducteur planétaire peu encombrant et d'une fixation simplifiée. L'aérateur à vis hélicoïdale de Fuchs, commercialisé en France par Isma, existe également en version fixe ou flottante. En plus d'une aération par fines bulles, cet appareil assure un brassage et une homogénéisation. En tournant à environ 1 400 min⁻¹, l'hélice, avec une forme de vis sans fin, génère un vortex, créant ainsi une dépression dans le tube d’aération, d'où une aspiration d'air. L'air, admis au contact de l'hélice à vis hélicoïdale, est transformé en fines bulles. L'homogénéisation de l'effluent est favorisée par la forme de l’hélice et sa poussée axiale assure un déplacement horizontal de l'eau.
Certains équipements combinent à la fois aération et agitation. Outre l’OKI d’ABS ou l’Oxyflow de Biotrade, SCM Tecnologie propose ainsi des aérateurs-agitateurs submersibles (Série SC/LK). La machine, bien adaptée aux bassins profonds (> 6 m), est constituée d'une hélice en forme d'étoile reliée directement à l'arbre du motoréducteur, d'une platine de diffusion qui entoure l’hélice, de canaux radiaux extérieurs et d'une admission pour la connexion d'un tuyau rigide ou d'un flexible d'arrivée d'air. Les fines bulles d'air pressurisé sont distribuées radialement et diffusées dans un courant d'eau rapide, grâce à la rotation de l’hélice. Le mélange air-eau est ensuite expulsé de l'aérateur à l'aide des conduits extérieurs de section carrée, qui assurent un mélange efficace avec un minimum de perte de charge.
Avec l’Aéroxyde, R&O Dépollution propose une turbine de diffusion gazeuse (air, etc.) accouplée à une turbine de brassage à effet magnéturbulent. La combinaison de ces étages à deux vitesses différentes, ce qui permet de les utiliser en mode agitation pour un brassage correct des eaux lorsqu'ils ne sont pas en mode aération. Ils sont adaptés aux bassins profonds et aux besoins élevés en oxygène. Ils assurent des valeurs de transfert importantes, sont simples à installer (le vidage du bassin n'est pas nécessaire) et leur maintenance est aisée (elle ne requiert pas l'arrêt de la station).
Quant à CE2A, outre une gamme d'agitateurs submersibles à pales rapides ou lentes, en inox, avec des diamètres d'hélices variant de 220 à 2 500 mm, cette entreprise commercialise depuis 5 ans en France les aérateurs-agitateurs Tsurumi adaptés à la plupart des dimensions et formes de bassins de 3 jusqu’à 8 m de fond, selon que le mode de fonctionnement soit déprimogène ou en air faiblement surpressé. « Le brassage des aérateurs Tsurumi est si fort, précise Alain du Petit Thouars, directeur général de CE2A, qu'il atteint 565 m³/h de recirculation pour une machine de 22 kW, ce qui permet d’atteindre des Cs mesurés de Winkler (concentration de saturation en oxygène dans l'eau au moment de l'essai Cemagref) supérieurs de plus de 30 % au Cs théorique donné par la table de Mortimer, soit une sursaturation en oxygène très importante ».
Pour les bassins dont la profondeur excède 7 à 8 mètres, ABS propose de son côté le HST, un turbocompresseur sur paliers magnétiques. « Les HST sont capables d'envoyer de l'air comprimé à des pressions plus élevées que les machines volumétriques. On peut aller jusqu'à l’équivalent de pression de 12,50 mètres de hauteur d’eau lorsqu’une machine classique montrera ses limites à 8 ou 9 mètres », souligne Henry de Miramon, ABS France. « L’investissement est un peu plus élevé au départ mais la consommation énergétique baisse sur ces systèmes de 10 à 30 % par rapport aux volumétriques et l'apport d'air est exempt d’huile. Au total, on peut les amortir dans certains cas assez rapidement d’autant qu’ils nécessitent peu de maintenance ». Les HST sont associés soit à des diffuseurs à membranes, soit à des systèmes de type OKL.
De leur côté, Isma, Faivre, Oloide proposent également une gamme d’aérateurs flottants capables d’assurer également une fonction d’agitation de l'effluent. Ces équipements se caractérisent par leur robustesse et une maintenance économique car réduite au minimum.
Toutes ces solutions, éprouvées, ont fait leurs preuves sur de nombreux sites. Pourtant, et quelles que soient leurs qualités intrinsèques, le dimensionnement des équipements, leur puissance et leur implantation au sein des ouvrages restent des critères déterminants. Mal dimensionné ou mal positionné au sein du bassin, le meilleur des équipements ne pourra donner les résultats escomptés. Il est donc essentiel de prendre en compte en amont du projet d’équipement les caractéristiques hydrodynamiques des bassins dans lesquels doivent se dérouler l’aération.
Prendre en compte les caractéristiques hydrodynamiques des bassins
LES EAUX PLUVIALES
Récupération, gestion, réutilisation
Par James CHERON et Alix PUZENAT
Depuis un siècle, les ressources sont de plus en plus polluées et/ou gaspillées. Les formes diverses de pollutions : agricoles, industrielles, liées aux comportements des hommes, créent une menace insidieuse pour la ressource. À partir de ce constat, les auteurs s'intéressent dans cet ouvrage à une meilleure gestion et une bonne utilisation des eaux de pluie.
Avant ruissellement sur les sols et les surfaces imperméabilisées, les eaux de pluie collectées sur les toitures représentent une possibilité importante d'utilisation avant leur rejet au milieu naturel.
Format 16 x 24 cm
128 pages
ISBN 2-900086-51-5
Prix public TTC : 34 €
Après un exposé de la méthode retenue, les données indispensables pour évaluer les usages possibles sont présentées. L'étude et les commentaires portent sur les approches, parfois très anciennes, qui ont concerné la gestion des eaux de pluie depuis plusieurs millénaires. Des exemples de réalisations récentes montrent le poids des règlements et textes administratifs. À partir des études de cas présentées, l'importance des calculs économiques et leurs simulations permettent, bien souvent, la prise de décision. Les perspectives sont examinées : des réticences de tous ordres doivent encore être levées. Le frein apporté au développement de ces techniques vient principalement d'une application du principe de précaution si poussée qu'elle en devient parfois excessive et paralysante.
Editions JOHANET : 60, rue du Dessous des Berges – 75013 Paris
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d’agitation et d’aération est un paramètre essentiel qui affecte directement les performances épuratoires. Pour décrire plus précisément les phénomènes hydrauliques complexes qui s’opèrent au sein des bassins biologiques, modélisation et simulation numérique sont des outils prometteurs.
Matthieu Lebrun, responsable technique du Cycle de l’eau chez Salmson, explique : « Au sein des bassins biologiques, l’aération a pour fonction la création de bulles et l’agitation a pour but d’augmenter le chemin parcouru par les bulles pour optimiser le transfert d’oxygène en créant un courant dans le bassin qui fait qu’elles ne monteront plus à la verticale mais en diagonale. L’objectif est d’éviter les phénomènes de coalescence en poussant trop fort et de limiter les phénomènes de spiral-flow, c’est-à-dire les courants verticaux qui vont accélérer la remontée des bulles et faire subir des efforts dynamiques néfastes aux agitateurs. Dans les cas dynamiquement défavorables pour les agitateurs, nous proposons une solution à 3 pales qui permet une meilleure répartition des efforts et donc une augmentation de la durée de vie de la machine. »
En eau claire et dans les bassins dont la profondeur n’excède pas 6 m, une vitesse de 0,30 m/s augmente le transfert d’oxygène de l’ordre de 40 à 50 %. Les exploitants sont donc directement intéressés par la vitesse de circulation dans les bassins créée par les agitateurs et demandent fréquemment des garanties pour que cette vitesse de circulation assure un transfert d’oxygène suffisant. « Nous assistons ces dernières années en France à une inflation des vitesses de circulation dans les bassins biologiques qui, de notre point de vue, n’est pas toujours justifiée », remarque toutefois Henry de Miramon.
Pour Olivier Brémond, Flygt, « l’augmentation des profondeurs et des débits d’air ramenés à la surface des modules d’aération a entraîné une augmentation de la vitesse de remontée des bulles qui ne peut être contrée que par la création d’un courant de plus forte vitesse ».
La simulation numérique et la modélisation sont les outils qui vont permettre de décrire précisément les phénomènes complexes qui se déroulent au sein du bassin. Le recours à la simulation numérique est systématique chez ABS France. « Elle nous permet de définir avec précision le type de machines les plus adaptées, leur puissance, leur nombre, leur emplacement au sein du bassin, le détail de leurs pales, etc. … et sert ainsi de support aux garanties proposées. »
Même son de cloche chez Salmson, qui propose à ses clients une simulation numérique permettant de déterminer le positionnement, l’orientation et l’angle de ses agitateurs et donnant lieu à l’établissement d’un rapport détaillant les résultats de la simulation. « La simulation numérique nous permet de garantir à l’exploitant une vitesse moyenne de circulation sur une section du bassin et hors aération », indique Matthieu Lebrun. Car l’aération crée des écoulements turbulents qui mettent en jeu des phénomènes difficiles à modéliser. Dès lors, il devient presque impossible de garantir des vitesses minimales de circulation en tous points du bassin, surtout sur certaines géométries telles que les bassins circulaires. D’autre part, les augmentations couplées, ces dernières années en France, des vitesses de circulation requises et des profondeurs des bassins tendent à engendrer des phénomènes turbulents (spiral flows, par exemple) de plus en plus importants et ne sont donc pas forcément bénéfiques pour l’efficacité du transfert d’oxygène (coalescence).
Ceux qui, comme Flygt ou ABS, commercialisent à la fois des systèmes d’agitation et des systèmes d’aération proposent dans certains cas une garantie liée au bon fonctionnement du process. La garantie ne porte plus seulement sur ce qui se passe dans le bassin mais sur la qualité des boues qui en sortent. « Au-delà de la garantie concernant la vitesse de circulation ou le transfert d’oxygène dans un bassin, nous proposons le plus souvent une garantie portant sur le bon fonctionnement biologique et hydrodynamique de l’ensemble du bassin, confirme Olivier Brémond, Flygt. C’est une garantie qui porte directement sur l’optimisation du couple brassage/aération tout en limitant les coûts globaux, c’est-à-dire les coûts d’investissement mais aussi d’exploitation. » Pour proposer ce type de garantie, Flygt recourt également à la simulation numérique et s’intéresse de près à la modélisation à partir de données macroscopiques telles que la forme des bassins, leur volume global, etc. : « Pour les bassins profonds, le dimensionnement des solutions combinant agitation et aération doit faire l’objet d’une attention toute particulière, insiste Olivier Brémond, pour assurer la dissociation brassage/aération qui est garante de la limitation des phénomènes de coalescence et des baisses de rendements. »
« positionnement de la solution d’agitation doit permettre la circulation globale de l'effluent au travers de la section de passage du chenal tout en évitant les boucles de recirculation facteur de baisse du rendement global du bassin ».
Pour les projets les plus importants, la modélisation par la Mécanique des Fluides Numérique (MFN) est également mise à contribution. La MFN (en anglais CFD : Computational Fluid Dynamics) consiste à résoudre les équations générales de mécanique des fluides (équations de Navier-Stokes) en tous points de l’ouvrage. Cette résolution peut se faire via le logiciel Fluent et permet d’avoir accès à l’hydrodynamique dans le bassin étudié.
Sur la base de la MFN, Veolia Eau a développé un outil expert permettant le diagnostic et l’optimisation du fonctionnement des bassins d’aération. Cet outil permet selon les caractéristiques du bassin étudié – rond, oblong, annulaire – de déterminer, en simulant le comportement du bassin étudié, les paramètres optimums d'agitation et d'aération, puis du couple aération/agitation pour obtenir une vitesse optimale de circulation des effluents au sein du bassin.
Une étape de validation des modèles menée par Veolia Eau a permis de montrer que l’écart entre les mesures expérimentales et les simulations était inférieur à 3 % pour les vitesses de circulation de l'eau et à 5 % pour les performances d’oxygénation.
Cet outil de simulation est également adapté pour optimiser les configurations lors du dimensionnement et des choix des équipements.
La modélisation en mécanique des fluides a par exemple permis d'améliorer la vitesse de circulation de l'eau de +50 % dans le bassin d’aération de l’usine de Rodez (France).
Une autre étude menée sur un bassin d’aération à grande profondeur (> 6 m) a permis de comparer deux configurations d'agitation et de mettre en évidence un gain de plus de 40 % en terme de temps de séjour de l’air estimé entre les deux.
De la même façon, le Cemagref a réussi à modéliser l’aération fines bulles en prenant en compte l'ensemble des paramètres de dimensionnement et de fonctionnement d’un bassin.
Car il suffit que les diffuseurs d’air soient mal disposés, l'agitation des chenaux d’aération peu efficace, le débit d’air insuffisant ou encore le rendement du diffuseur sous-estimé pour que l’aération soit incomplète et que le fonctionnement de l’ouvrage s’en trouve pénalisé. Les données issues de quinze années de pratique dans une quarantaine de stations de 100 à 10 000 m³ ont donc été décortiquées pour modéliser la capacité d’oxygénation au sein de deux géométries de bassins : les bassins cylindriques et les chenaux d’aération.
L’analyse dimensionnelle de la base de données a permis de relier la capacité d’oxygénation aux paramètres du système d’aération : débit d’air, hauteur d’eau, surface du bassin, nombre de diffuseurs, surface couverte par diffuseurs, agitation, etc. Les relations obtenues permettent de prédire les performances d’oxygénation dès le stade du projet, avant même que la station d’épuration ne soit construite. Et l’écart entre la valeur prédite et celle réellement mesurée est inférieur à 10 %.
Sur des applications plus spécifiques, Air Liquide a également eu recours à la modélisation en mécanique des fluides pour ses deux équipements de transfert d’oxygène pur dans les bassins d’aération, l’oxygénateur Turboxal et le diffuseur de fond Ventoxal. Le retour d’expérience après mise en route de la station a montré une bonne adéquation entre les mesures et la modélisation, les emplacements de panaches d’oxygène se trouvant exactement aux endroits déterminés par la modélisation.
Les audits ultérieurs réalisés par Air Liquide ont confirmé ces résultats ainsi que les bonnes performances du bassin biologique, le choix de l’emplacement des équipements ayant amélioré la décantation d’un facteur 4. Au plan économique, la modélisation a permis de limiter les coûts de maintenance, d’optimiser les coûts d’exploitation sur le consommable tout en améliorant la visibilité via des validations claires sur le choix et l’emplacement des matériels à ajouter ou à supprimer suivant l’évolution du besoin en oxygène.
