Les boues se caractérisent par leur teneur en matières sèches et par leur mode d’obtention (décantation et flottation). Les boues flottées sont obtenues par injection d'air pour faire remonter les particules légères. Elles sont très chargées en bulles de gaz et sont donc très difficilement mesurables par un débitmètre massique. Les boues obtenues par décantation sont constituées d'un mélange d'eau et de particules plus lourdes que l'eau. Elles ne contiennent généralement pas d'air. Leur masse volumique peut donc être mesurée avec une bonne fiabilité si leur concentration en matières sèches est suffisamment élevée. (Figure 1)
Comment fonctionne la mesure de concentration ?
Le débitmètre à effet Coriolis est également un densimètre fiable et précis. La mesure de la fréquence de vibration du tube de mesure permet de déterminer la masse volumique du liquide contenu dans celui-ci. Les boues d'épuration peuvent être assimilées à un mélange à deux composants de masses.
[Encart : Tableau d’utilisation de l’OPTIMASS Krohne
Boues primaires – Décantation de l’eau brute – Variable – Non justifié, car pas de traitement direct
Boues flottées – Injection de bulles dans l’eau brute pour faire flotter les boues – Variable – Totalement contre-indiqué, car présence de bulles
Boues activées – Aération de l’effluent pour favoriser le développement de microorganismes absorbant la pollution – 5 à 30 g/l – Non recommandé, car concentration faible et présence de gaz
Boues secondaires – Décantation des boues activées – 5 à 30 g/l – Non recommandé, car concentration faible
Boues épaissies – Décantation des boues secondaires ou centrifugation – 30 à 150 g/l – IDÉAL, car concentration élevée]
[Photo : Principe de la mesure de concentration en matières sèches par l'OPTIMASS.]
volumiques distinctes et définies (eau et matières sèches de la boue). La mesure de la masse volumique de ce mélange permet de déterminer la proportion d'eau et de matières sèches dans les boues, donc la concentration en matières sèches. Le débit-masse de matières sèches de boues (kg de MS par heure) est obtenu en multipliant la valeur du débit-masse total par la concentration en matières sèches. (figures 2 et 3)
Réguler l'injection de floculant en fonction du débit matières sèches de boues
Généralement, le débit d'injection de floculant est réglé en fonction du débit volumique des boues. Ce type de régulation ne prend pas en compte les variations de concentration des boues. Ainsi, en fin de soutirage de l'épaississeur, la concentration en boues est diminuée d'un facteur deux, alors que le débit volumique des boues et le débit d'injection de floculant sont inchangés. Il y a donc surdosage de floculant.
La mesure en ligne de la concentration des boues permet d'effectuer une régulation afin d'injecter un débit parfaitement maîtrisé de floculant, proportionnellement au débit de matières sèches de boues. Les surdosages de floculants sont ainsi supprimés. Le retour sur investissement est obtenu en moins de 8 mois d'utilisation. (figure 4)
[Encart : texte : Figure 4 : Économie de floculant pour une station d'épuration de 65 000 équivalent-habitants
Quantité de boues produite par jour (5 jours par semaine) : 20 t ± 30 % matières sèches
Quantité de floculant consommée avec technique traditionnelle : 6 t de matières sèches
Quantité de floculant consommée avec régulation en fonction du débit matières sèches : 10,7 kg par tonne MS
Quantité de floculant économisée : 7,8 kg par tonne MS
Quantité de floculant consommée : 2,9 kg par tonne MS
17,4 kg par jour
4 524 kg par an
Prix du floculant (polymère) : 3,8 € par kg
Économie par an : 17 911 €
Retour sur investissement : 7,5 mois
Prix d’un OPTIMASS Krohne 540 avec calculateur-régulateur SESAME (mise en service d’une journée incluse) : 12 521 €
Retour sur investissement avec débitmètre floculant (optionnel) : 8,7 mois]
Réguler la charge en matières sèches entrant dans la centrifugeuse
La charge entrant dans la centrifugeuse est généralement contrôlée par le débit-volume des boues.
Si la concentration des boues diminue, la centrifugeuse fonctionne en sous-charge, ce qui réduit son rendement et augmente inutilement sa durée de fonctionnement. Cela génère des risques de dysfonctionnement (décrochage).
[Photo : Relation entre masse volumique et concentration en matières sèches.]
L'utilisation de la solution proposée par Krohne permet la mesure en ligne du débit de matières sèches. Une régulation sur le débit de la pompe à boues permet de maintenir le débit de matières sèches. La centrifugeuse peut ainsi fonctionner en permanence avec un débit en matières sèches constant et optimal. La réduction de la durée de fonctionnement de la centrifugeuse atteint jusqu'à 1 heure et demie par jour. La mise en place de cette régulation assure également une meilleure régularité dans la production des boues, donc une meilleure gestion de leur élimination.
La teneur en matières sèches des boues finales est augmentée et mieux maîtrisée.
Une solution “sur mesure” pour le contrôle des boues
Le débitmètre massique OPTIMASS Série 7000 présente des caractéristiques uniques qui en font un outil parfaitement adapté au contrôle des boues épaissies :
- Construction monotube droit pour supprimer tout risque de bouchage.
- Mesure directe de la masse volumique, du débit-masse, sans nécessiter de calculateur additionnel.
- Calcul de la concentration et du débit de matières sèches par logiciel intégré.
- Construction robuste parfaitement adaptée à l'atmosphère d'une station d'épuration.
- Fonction multi-sorties et « BUS de terrain » pour transmettre à distance tous les paramètres mesurés et calculés.
Un régulateur de process multi-boucle Sésame assure l'asservissement des débits (photo ci-contre) :
- Entrées pour consignes de concentration polymère et de débit-masse matières sèches.
- Deux modules de régulation PID avec fonction d'autoréglage pour asservissement des débits des pompes floculant et boues.
- Sorties courant pour commande de variateurs de fréquence.
- Sorties binaires pour régulations proportionnelles et alarmes.
- Sortie MODBUS pour transmission des données à distance.
- Carte mémoire amovible pour sauvegarde et restauration de la programmation.
[Photo : Débitmètre massique OPTIMASS 7500.]
À l'heure où les coûts d'élimination des boues sont en augmentation, le débitmètre massique est donc l'appareil idéal pour le contrôle de la concentration et du débit de matières sèches des boues épaissies, ainsi que pour la régulation de l'injection de floculant.
[Publicité : Éditions Johanet]
