Traitement des eaux usées

Le problème

L'écart croissant entre la quantité d'eaux usées produites et celle effectivement traitées avant rejet dans les eaux réceptrices semble avoir 5 causes majeures :

 

1.     Le traitement des eaux usées est une activité déficitaire et inabordable pour la plupart des habitants de la planète

2.     Le traitement des eaux usées ne génère aucun produit utile et vendable

3.     Le traitement des eaux usées consomme une quantité importante d'électricité pour l'aération. Cependant, l'attribution de l'électricité à de nombreuses autres activités se voit accorder une priorité plus élevée.
4.     En raison de la croissance démographique rapide, les stations d'épuration existantes sont fréquemment surchargées par rapport à leur capacité de conception, ce qui entraîne des performances sous-optimales et des taux de défaillance élevés.
5.     Le modèle de traitement conventionel centralisé implique à un processus décisionnel complexe, coûteux, et lent qui conduit à la mise en œuvre de solutions sous-optimales.

 

La solution

La solution technologique proposée est dérivée des progrès modernes de la biotechnologie, de la surveillance des processus, de la technologie des communications et de l'apprentissage automatique. La solution comprend le développement de processus qui utilisent intensivement les données pour le développement et l'exploitation du système.

 

Le système devrait inclure des bioprocédés phototrophes, anaerobies et anoxiques, la réutilisation de l'infrastructure existante de l'usine de traitement des eaux usées, la surveillance à distance et l'acquisition de données, l'analyse en continue des données et le contrôle adaptatif.

 

La proposition de valeur

L'accent est mis sur l'utilisation durable de l'eau et de l'énergie. Le système offre des Capex et Opex inférieurs par rapport aux alternatives conventionnelles. Un modèle de partenariat public-privé mutuellement bénéfique est possible. Il n'y a pas de coûts opérationnels pour le partenaire du secteur public. L'eau traitée, l'électricité et d'autres produits peuvent être exportés avec profit selon les conditions locales. Il n'y a pas de coûts opérationnels pour le partenaire du secteur public.

La station d'épuration avec un bilan énergétique positif

La conception d'une station d’épuration des eaux usées (STEP) avec un bilan énergétique positif est un domaine en plein développement. Dans une STEP conventionnelle, plus de 50% de l'énergie potentielle (PCI) de la matière solide entrante quitte le système dans les bassins de boue activée. L'amélioration du bilan énergétique ne se limite pas à la digestion des boues d’épuration, à la cogénération avec moteur à combustion interne, à l’incinération et à l’optimisation de la consommation d’électricité d’une STEP conventionnelle.  Il s’agit plutôt de concevoir un nouveau modèle de station d’épuration et d’inclure des procédés nouveaux y compris des procédés anaérobies à haut débit (filtre anaérobie par exemple), les biotechnologies basées sur la culture d’algues et de cyanobactéries, la filtration membranaire et la pile à combustible. Une nouvelle STEP financièrement rentable est possible. Le chemin au marché passe par des projets pilotes et de démonstration sur le terrain.

Flux de la valeur calorifique de la matière solide entrante dans une STEP conventionnelle [%]

Optimisation de stations d’épuration à l’aide des réseaux de neurones

Une station d’épuration est un système composé de sous-procédés qui implique des interactions complexes entre la qualité physico-chimique des eaux usées entrantes, les effluents, les paramètres de construction et électromécaniques, les processus biologiques et les variations journalières et saisonnières. Un outil numérique de surveillance et de simulation pourrait contribuer aux efforts d’optimisation du fonctionnement d’une STEP. Les modèles numériques ont prouvé leur capacité d’identifications de systèmes et à estimer des paramètres. Contrairement aux modèles numériques conventionnels qui accordent une grande importance à des paramètres biologiques, une approche axée sur l’identification de quelques paramètres clés et aisément mesurés pourrait permettre un meilleur contrôle des STEP. L’exemple suivant décrit l’utilisation des réseaux de neurones dans le domaine des eaux usées.

 

• Sakiewicz, P.; Piotrowski, K.; Ober, J. & Karwot, J. Innovative artificial neural network approach for integrated biogas – wastewater treatment system modelling: Effect of plant operating parameters on process intensification. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier BV, 2020, vol. 124.

Valorisation de résidus liquides de fromagerie

Le système comprend tous les composants mécaniques et le programme d’automation nécessaire pour transformer, sur le site de la fromagerie, le lactosérum et les eaux usées en produits de valeur économique. La méthode de développement comprend l’acquisition de données pendant des essais menés sur place, la création d’un model numérique à base de réseaux de neurones, et la simulation afin de déterminer les valeurs optimales des paramètres constructifs et opérationnels.

 

• Entrants : lactosérum brut, toutes des eaux usées (par exemple, de lavage)
• Sortants : acide lactique, concentré de protéine, biogaz, eau pour lavage, eau résiduelle rejetée dans les égouts.