Augmentation à moindre coût de la capacité de la station de traitement des eaux usées Viby
La puissance du contrôle avancé permet de limiter les investissements dans de nouvelles infrastructures.
Aarhus Vand, l'opérateur de services d'eau de la ville d'Aarhus, au Danemark, devait planifier une extension de capacité de la station de traitement des eaux usées (STEP) de Viby afin de garantir des performances de traitement stables et efficaces. En raison de la courte durée de vie prévue pour la station (environ 10 ans), ils recherchaient une solution nécessitant un investissement minimal dans de nouvelles infrastructures. En optimisant les processus opérationnels grâce à l'utilisation des infrastructures existantes, DHI et ses partenaires ont identifié un plan rentable pour gagner en capacité. La solution proposée est désormais mise en œuvre à grande échelle au sein de la STEP, avec des améliorations considérables en matière de stabilité opérationnelle.
Défi
Aarhus Vand faisait face à plusieurs défis liés à l'exploitation de la station d'épuration de Viby, notamment une élimination sous-optimale de l'azote et une gestion inefficace des solides en raison d'une capacité de traitement biologique insuffisante et d'une capacité hydraulique limitée en cas de pluies abondantes. L'impact de cette capacité insuffisante risquait de s'intensifier en raison des prévisions indiquant une augmentation de la charge dans les années à venir.
Pour garantir des performances stables, Aarhus Vand souhaitait augmenter la capacité de la STEP de Viby de 33 %, passant de 90 000 EHDCO à 120 000 EHDCO. La station devrait fonctionner avec une telle capacité accrue pour les 10 prochaines années, jusqu'à l'arrêt prévu de la STEP de Viby et d'autres stations d'épuration à Aarhus, lorsque l'ensemble de la zone urbaine sera desservi par une seule station d'épuration centralisée.
La courte durée de vie de la station d'épuration de Viby signifiait que l'expansion devait être rentable, et obtenue par l'optimisation des processus existants et en évitant les investissements pour de nouvelles infrastructures, qui auraient engendré des coûts élevés.
Solution
En partenariat avec NIRAS A/S, TechRas Miljø ApS et EssDe GmbH, DHI a proposé une solution pour optimiser les processus existants afin d’augmenter la capacité tout en limitant les dépenses d’investissement.
Quand notre expertise des processus permet d'identifier les meilleurs interventions possibles
Les propositions suivantes ont été mises en place pour augmenter la capacité de la STEP :
- Augmentation du volume du bioréacteur aéré, par une plus forte aération dans les réservoirs existants
- Amélioration des performances de la dénitrification via le dosage de carbone externe
- Mise en œuvre de règles de contrôle pour réguler l'aération, le dosage chimique, les flux de boues internes et de recirculation
- Amélioration de la gestion des solides
- Utilisation de la modélisation des processus pour une évaluation rapide des alternatives
La combinaison des différentes options a abouti à 22 configurations possibles de la STEP, qui ont été simulées avec WEST, le logiciel de DHI pour la modélisation des processus. Une réplique virtuelle de la STEP de Viby a ainsi été créée. WEST a permis à l'équipe de tester des stratégies opérationnelles alternatives et différents scénarios de maintenance avant la mise en œuvre physique. Des indicateurs clés de performance tels que la qualité des effluents, la consommation d'énergie et l'utilisation de produits chimiques ont servi à comparer les différentes configurations et à identifier le fonctionnement optimal.
Identification d'une nouvelle stratégie opérationnelle
L'équipe a identifié la stratégie optimale qui augmenterait la capacité de la STEP de Viby. Cet objectif a été atteint grâce à l'utilisation du service opérationnel DIMS.Core pour la surveillance et le contrôle en temps réel de la STEP, qui fait partie de la solution TwinPlant. Les interventions spécifiques incluent les élément suivants :
- Conversion du réservoir d'hydrolyse en réservoir pré-denitrifiant
- Conversion de trois réservoirs pré-denitrifiants en réservoirs aérés par intermittence
- Dosage de carbone externe dans le premier réservoir aéré par intermittence et dans le dernier réservoir aéré (à considérer comme un réservoir post-denitrification)
- Mise en œuvre de stratégies de contrôle avancé pour l'aération par intermittence, le dosage du carbone, la recirculation de liqueur mixte et de boues séchées combinées à l'installation d'une surveillance en ligne supplémentaire (par ex., ammonium, oxygène dans les réservoirs de procédés)
- Amélioration de la décantation et de la rétention des solides à l'aide de la technologie des boues granulaires
Client :
Aarhus Vand A/S
Lieu :
Danemark
Objectifs de développement durable associés :
ODD 6 : Garantir l’accès de tous à des services d’alimentation en eau et d’assainissement gérés de façon durable
Technologie :
Résultats
Les simulations de modèles de la STEP de Viby avec l'optimisation des processus ont montré des améliorations significatives, comme une très bonne qualité d'effluents même dans des conditions de charge plus élevée et de consommation chimique réduite. Avec cette optimisation, il est possible d'atteindre jusqu'à 47 % de réduction des taxes sur les effluents, ce qui donnerait une plus grande souplesse pour la gestion des coûts liés à l'utilisation des produits chimiques et à l'installation d'équipements.
Fin 2019, la nouvelle stratégie opérationnelle a été mise en place au sein de la STEP de Viby. Les mesures avant et après cette mise en œuvre indiquent une réduction des niveaux de nitrate et d'ammoniac et une meilleure capacité à s'adapter aux débits entrants élevés. Dans l'ensemble, la solution proposée pour l'expansion des capacités a permis d'améliorer de manière tangible les performances et la stabilité opérationnelle de la STEP de Viby, tout en garantissant une certaine rentabilité et en réduisant la dépendance aux tests préliminaires à grande échelle.
- Expansion de 33 % de la capacité, obtenue grâce à l'optimisation des processus et à des changements minimes au niveau de l'infrastructure
- Amélioration de la stabilité du processus dans des conditions de charge élévée
- Moins de 2 millions d'euros ont été investis dans ce projet
« L’expansion de la STEP de Viby en 2019-2020 a permis d’améliorer la qualité des boues et des effluents lors des pics de charge. Ces résultats ont été atteints grâce à une collaboration constructive entre les partenaires, qui ont fourni des solutions adaptées pour obtenir le résultat final souhaité. »
Flemming B. Møller, Chef de projet
Aarhus Vand A/S
À propos de notre client
Aarhus Vand A/S est l'opérateur de services d'eau d'Aarhus, la deuxième plus grande ville du Danemark. L'entreprise est le fournisseur local d'eau, l'opérateur en charge des eaux pluviales et usées, et gère quatre stations de traitement des eaux usées qui reçoivent entre 30 et 35 millions de m3 d'eaux usées par an.
En 2023, DHI et Aarhus Vand ont conjointement créé Utilizero, une nouvelle entreprise qui accompagnera les services publics des eaux usées dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre et de la consommation d'énergie, à partir d'expériences solides et de solutions pour le contrôle automatisé des processus. Pour en savoir plus sur Utilizero: https://www.utilizero.com/
