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Importance de la mesure du voile de boue en STEP

06 janvier 2022 Paru dans le N°447 à la page 62 ( mots)

L’automatisation de la mesure de voile de boue dans les STEP est un élément majeur dans le cadre de l’optimisation des différentes étapes de la décantation des boues. Elle permet également de s’assurer qu’aucune surverse ne viendra perturber le traitement aval ou alors polluer le milieu naturel. Cet investissement sera très rapidement rentabilisé de par les économies réalisées sur la quantité de polymères utilisés, sur la consommation électrique des pompes mais aussi sur les systèmes de chauffage des boues utilisés dans les STEP produisant du biogaz.

L’élimination des boues est un défi des plus difficiles à relever, afin d’assurer des effluents de bonne qualité en sortie de station d’épuration. Dans cet article, nous verrons pourquoi et comment la mesure de concentration des boues contribue à l’efficacité du procédé de traitement des eaux usées.
En plus de réduire l’impact environnemental des déchets humains, les usines de traitement des eaux usées (STEP) modernes ont tiré parti des progrès de la science et de la technologie en terme de sauvegarde de l’environnement tout en augmentant leur rentabilité. Il s’agit par exemple de la production d’énergie telle que le biogaz. Dans d’autres cas, l’usine de traitement tirera des revenus provenant des biosolides transformés, par exemple, des engrais riches en nutriments pour l’agriculture. Pour que ces systèmes avancés fonctionnent efficacement, l’un des paramètres les plus importants à contrôler est la circulation des boues à travers l’usine.


Pourquoi la mesure des boues est-elle aussi importante ?

Bien que la composition et la concentration des boues varient tout au long de leur traitement (primaire, secondaire et même tertiaire), comprendre les caractéristiques de décantation des boues est un élément critique dans l’optimisation des traitements.
La décantation primaire, les étapes de traitements biologiques, la décantation secondaire, la qualité des effluents et les traitements ultérieurs des boues dépendent de la qualité des différentes décantations.

En mesurant les niveaux de boues dans les décanteurs primaires et secondaire, les opérateurs peuvent s’assurer que les pompes d’extraction des boues sont utilisées efficacement et que l’excès de boues mal décantées ne se déverse pas avec les effluents.

En mesurant les niveaux de boues, les opérateurs peuvent étudier les caractéristiques de sédimentation de matières en suspension dans l’usine, comprendre les variations dues aux perturbations et gérer les niveaux de boues pour une meilleure gestion des niveaux qui permettra d’absorber les variations de charges hydrauliques entrantes.
Dans le cas de fortes charges hydrauliques, après un orage par exemple, la mauvaise qualité de la décantation ou la décantation lente des flottants représentent des risques pour les traitements avals. Le résultat sera un encrassement rapide des filtres à sable, ce qui nécessitera leur nettoyage, qui augmentera la charge des pompes et leur consommation électrique. Lorsque la STEP n’est pas équipée de filtres à sable, les conséquences pourraient être très lourdes sur la qualité des effluents.
CBX avec son unité de contrôle BB.

Les autres procédés de traitement des boues tels que les épaississeurs et les équipements de déshydratation fonctionneront tous mieux lorsqu’ils seront alimentés avec des boues de concentration élevée. Des boues plus diluées et donc moins concentrées nécessiteront une augmentation du dosage de polymères coûteux dans les épaississeurs. Cela impliquera une augmentation des coûts de chauffage dans les digesteurs, la nécessité d’injecter plus de produits chimiques et d’effectuer davantage de traitements mécaniques dans la phase de déshydratation, sans parler des coûts de pompage accrus nécessaires pour faire circuler les volumes d’eau des différentes étapes de traitements.

Grâce à la mesure de niveau de la concentration totale de solides en suspension, les opérateurs peuvent s’assurer qu’ils n’extraient et ne traitent que les boues avec les concentrations les plus élevées, tout en laissant subsister des concentrations plus faibles pour une sédimentation ultérieure.

Pourquoi automatiser ?

Même s’il n’existe aucune STEP identique, l’automatisation est un facteur commun à leur optimisation. Outre des économies de main-d’œuvre évidentes, s’appuyer uniquement sur l’échantillonnage manuel signifie qu’aussi bonne soit la connaissance des caractéristiques de l’usine de traitement et des ses tendances, elles se limiteront à la fréquence d’échantillonnage. Dans une STEP avec des mesures continues et automatisées, le suivi des variables critiques et retour d’informations en continue permettent une identification immédiate des perturbations ou des problèmes pouvant intervenir au cours du traitement des effluents.

Mesure du niveau de voile de boues

Figure 3 : Exemples de différents profils. En partant d’en haut à gauche, puis dans le sens des aiguilles d’une montre :
1. Présence d’une couche de flottants, voile de boue en dessous ; 2. Présence d’une couche épaisse de flottants de forte concentration ; 3. Une décantation quelconque.
4. Une bonne décantation, typiquement sur un décanteur primaire.

Cerlic au début des années 80 a été le premier fabricant à breveter des capteurs optiques proche infrarouge (NIR) afin de mesurer les concentrations de matières en suspension. Contrairement aux capteurs de turbidité existants, les capteurs NIR, ne sont pas influencés par le changement de forme des particules, et ne nécessitent pas de compensation de couleur pour mesurer les concentrations. Avec la technologie NIR, seules les particules au-dessus d’une taille spécifique (40 µm) bloqueront la transmission de la lumière ayant une longueur d’onde spécifique (880 nm), cela signifie que le capteur fournira directement une valeur de concentration en mg/l, ppm ou % de solide total (TSS).

Le CBX a été mis au point en 2008 afin de mesurer de façon précise le niveau des flottants (matière en suspension non sédimentée) et le niveau de boue. Il permet de visualiser le profil complet de la boue à l’intérieur des décanteurs.

Comment la mesure de voile de boue fonctionne ?

À la suite de la réception d’un signal d’entrée tel que le passage d’un racleur, le capteur est automatiquement abaissé dans le bassin de sédimentation. Il mesure en continu la concentration de matières en suspension en fonction de la profondeur du capteur (jusqu’à 10 m). Une fois la mesure effectuée, le capteur optique remonte comme un yoyo, à l’intérieur du boîtier CBX. Lors de la remontée du capteur, une douche annulaire sous pression est activée afin de nettoyer le câble et le capteur optique lui-même. Ceci évite le besoin de nettoyage manuel par les opérateurs.
Figure 4 : Résultat de la mesure de niveau des flottants et du voile de boue. Le suivi des flottants permettra par exemple d’injecter la dose idéale de polymères afin d’éviter toute surverse en assurant un niveau de voile de boue optimal pour le sous tirage. Les principaux avantages sont les suivants :
1. Économie de polymères. L’injection se fera uniquement en cas d’augmentation du niveau des flottants ; 2. Économie d’énergie pour le séchage des boues. La concentration des boues soutirées sera optimisée.

Contrairement au système de mesure par ultrasons, qui doivent être réglés selon un écho et donc une densité de matière indirectement corrélée à un niveau de boue, le CBX lui, est directement réglé en concentration de solides pour mesurer les niveaux des flottants et du voile de boue. Ceci permettra d’éviter toute surverse tout en augmentant la concentration de boue et donc d’optimiser leur soutirage. La conséquence sera ensuite une diminution de l’énergie à mettre en œuvre afin de déshydrater ces boues ou une meilleure efficacité si ces mêmes boues sont utilisées dans un digesteur.

Lorsque le capteur est immergé, il mesure directement la concentration des matières en suspension. Le niveau de chaque concentration préréglée (flottant et voile de boue) est transmis soit via une boucle analogique 4-20 mA ou numériquement via un signal Profibus DP. Cela signifie que les changements au niveau des flottants, de la densité des boues ou la présence d’un racleur n’ont aucune incidence sur les mesures. La mesure de concentration combinée à la mesure de niveau permet d’obtenir le profil de boue à l’intérieur du décanteur, directement visible sur le système de contrôle de l’usine.
L’utilisation d’une mesure efficace du voile de boue comme le CBX, permet aux opérateurs d’améliorer le contrôle de leurs process grâce à la possibilité de prévoir les évènements tout en optimisant chaque étape du traitement des boues. 
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