L'aéroéjecteur, un outil pour combattre la formation d'hydrogène sulfuré

Le dégagement de gaz, provenant d’ouvrages d’épuration ou de réseaux d’eaux usées est fréquent et, outre la dégradation des ouvrages, il peut avoir des conséquences redoutables pour les personnels d'exploitation et d’entretien. Parmi les principaux gaz de fermentation ou de réaction susceptibles de se dégager, comme le dioxyde de carbone, l’hydrogène arsénié ou le méthane, l’hydrogène sulfuré est le plus fréquent et également l'un des plus nocifs.

L’émanation d’hydrogène sulfuré (H2S) se détecte à de très faibles concentrations, par une odeur nauséabonde caractéristique d'œuf pourri.

Ce phénomène ne peut se produire qu’en l'absence d’oxygène (anaérobiose). Au débouché dans le réseau à écoulement libre, l'H2S peut, après condensation sur les parois, se transformer, en présence d’air et d'eau, en acide sulfurique.

Les dangers de l’H2S, pour le personnel d’installation et d’entretien

Suivant sa concentration, l’H2S est plus ou moins toxique. Le danger provient du fait qu’à faible teneur, le nerf olfactif est par-

Ainsi : la détection par l’odorat n’est donc pas un critère de sécurité. Cette concentration se mesure en ppm (partie par million) : entre 0 et 50 ppm, le gaz est malodorant, dégage une odeur d'œuf pourri. Une exposition prolongée dans un environnement de 10 à 20 ppm peut entraîner des problèmes digestifs. Entre 50 et 200 ppm, le gaz n’est plus perçu par l’odorat et une inhalation de gaz cause de graves troubles pulmonaires. Une exposition prolongée à de tels taux peut entraîner la mort. Au-delà de 200 ppm et pour des valeurs de 500 à 600 ppm, la mort est quasi instantanée pour toute personne respirant ce gaz. Il faut souligner que pour de telles concentrations, le gaz est totalement inodore.

L’H₂S détruit les réseaux et les ouvrages d’assainissement

L’H₂S gazeux se transforme en acide (acide sulfurique) quasiment sur les parois des ouvrages situés à l’aval direct des refoulements (conduites, regards). Il y a attaque et destruction des parties immergées. Les délais d’attaque peuvent être très courts, ce qui le rend d’autant plus dangereux. La plupart des matériaux sont plus ou moins concernés et les dégradations peuvent toucher les conduites et leurs annexes (regards, échelons, tampons…), ainsi que les ouvrages de relèvement et d’épuration.

Les conditions favorables à la formation d’H₂S

Les facteurs influençant sa formation sont les suivants :

• - concentration en matières organiques,
• - concentration en sulfate,
• - concentration en oxygène dissous,
• - potentiel redox (relatif à un couple de réactions simultanées et inverses, l’une d’oxydation, l’autre de réduction),
• - pH,
• - température,
• - vitesse de l’effluent,
• - temps de séjour dans le réseau,
• - existence de dépôts.

Présentation du système d’oxygénation associé à la conception et à la fabrication de l’aéroéjecteur

L’aéroéjecteur fonctionne par admission d’air comprimé dans une cuve de petite dimension, de l’ordre de 50 litres pour un appareil de 10 m³/h d’eaux usées. Son fonctionnement est cadencé : phase de remplissage et phase de refoulement. Un détecteur à chute de pression et un coffret de commande pneumatique, entièrement automatiques, pilotent l’opération qui se déroule en trois phases (figure 1).

L’aéroéjecteur est alimenté en air comprimé, soit par un compresseur individuel, soit par un réseau d’air comprimé.

Le contact air/eau, à l’intérieur de l’appareil, est direct pendant les phases de refoulement. Il permet un transfert d’oxygène dissous entre l’air et l’eau, de l’ordre de 0,2 à 0,3 mg/l.

Si l’effluent est peu dégradé, à l’entrée de l’appareil, le simple passage dans l’aéroéjecteur peut être suffisant pour éviter la formation d’H₂S.

Si l’effluent est très dégradé, ou si le temps de transfert vers la station d’épuration est élevé, on provoque une injection d’air grâce à un dispositif d’oxygénation spécifique.

Le dispositif d’oxygénation

Comme indiqué dans la figure 2, le système d’oxygénation se compose d’une manchette d’oxygénation en caoutchouc, insérée dans la boîte à clapet de refoulement de l’aéroéjecteur.

Cette manchette est alimentée en air comprimé par un ensemble de régulation commun.

Échange air-eaux, en brassant violemment les eaux usées.

Caractéristiques nécessaires à la lutte contre l’H₂S

À ce jour, les divers essais et expériences, comme ceux effectués, par exemple, pour les postes de Nogent, l’Artaud ou Romeny, dans l’Aisne, en collaboration avec la DDAF, la SAUR, la CGE, et le service environnement d’Air Liquide, ont montré que le risque de formation d’H₂S est réel, dès que le temps de transfert des effluents dépasse deux heures, et que pour assurer une lutte efficace contre la formation d’H₂S, il est indispensable d’injecter au moins 150 l d’air, par m³ d’effluents, et par cycle de deux heures.

Le tableau 1 fournit un exemple de calcul des caractéristiques du dispositif anti-H₂S, de l’aéroéjecteur par aération.

La première conclusion est qu’en période de débit de pointe (2 h par jour), le risque de formation d’H₂S est inexistant. En période de débit moyen (8 h par jour), le risque de formation d’H₂S est très faible. Dans un premier temps, il conviendra d’assurer l’oxygénation durant les périodes de faible débit (de 20 h à 8 h du matin).

Prenant un manomégulateur (réglage de la pression d’air) et une vanne à commande pneumatique (commande des phases d’injection d’air). Une conduite prise sur l’alimentation de l’aéroéjecteur envoie à chaque chasse de l’appareil un débit d’air haute pression, permettant le décolmatage des orifices d’injection de la manchette.

Il se compose également d’un coffret de commande électromécanique, permettant de programmer la durée journalière de fonctionnement du système, par exemple la nuit, la cadence des injections d’air (5 à 10 injections par heure), la durée des phases d’injection.

Le coffret permet également d’assurer des chasses vides de l’aéroéjecteur, évitant de trop longs temps de stagnation des effluents dans la cuve, et provoquant dans la conduite aval des remous nécessaires à un bon fonctionnement.

• Quantité d’air à insuffler, par cycle de 2 h : 8201 m³/anSoit 2534 m³/anAC – Consommation énergétique 387 kWh/an

• Soit un débit d’air de 410 l/h.

En prédéterminant une cadence de 5 chasses, d'une durée d'une minute :

Débit instantané d’air comprimé : 4,92 m³/HEA.

Débit d’air disponible :

• En débit de pointe (28,8 - 18) : 10,8 m³/h• En débit moyen (28,8 - 6) : 22,8 m³/h• En débit de nuit : 28,8 m³/h

La seconde conclusion qui s’impose est que l’installation des compresseurs destinés à assurer le relevage de 6 m³/eh à une hauteur de 13,82 m est très largement dimensionnée pour assurer l’oxygénation de la conduite.

Cadence des chasses aéroéjecteur, à vide : 1 chasse/h.

Coût énergétique de l’oxygénation :

Consommation d’air : 5,74 m³/ACChasses à vide, aéro : 1,25 m³/ACConsommation journalière d’air comprimé : 7 m³/AC

Conclusion

Plutôt que de risquer de provoquer des accidents qui peuvent être mortels, pour le personnel d’installation, d’entretien et de maintenance, plutôt que d’expérimenter des solutions a posteriori, hasardeuses et coûteuses, pour lutter contre les risques d’apparition d’H2S, il vaut mieux chercher d’emblée à éviter la formation de ce gaz.

Cela est possible dès la conception même du projet, avec des solutions techniques de pose, comme par exemple le choix de l’aéroéjecteur, dont le fonctionnement simple et éprouvé, grâce à l’air comprimé, permet une lutte efficace et peu coûteuse, contre les méfaits de l’H2S.