La mise à niveau du diffuseur à disques à fines bulles réduit l'énergie d'aération de 48 % dans une station d'épuration de 120 000 m³/j

Comment une station d'épuration municipale de 120 000 m³/j a réduit l'énergie d'aération de 48 % grâce à des diffuseurs à disques à fines bulles

Une-installation de traitement des eaux usées municipales (STEP) à grande échelle en Asie de l'Est, d'une capacité nominale totale de120,000 m³/dfonctionne sur quatre phases de construction séquentielles. L'installation dessert un bassin versant urbain dense et est soumise aux normes de rejet d'effluents de classe I-A pour l'azote ammoniacal-.

Deux phases - Phase I (50 000 m³/j) et Phase IV (20 000 m³/j) - étaient en fonctionnement continu depuis de nombreuses années sans remplacement du système d'aération. À mesure que les diffuseurs d'origine se détérioraient, l'équipe d'exploitation de l'installation a observé une consommation d'énergie croissante, une distribution instable de l'oxygène dissous (OD) et une charge de maintenance croissante. Confrontée à un écart évident de performance et de conformité, la direction de l'usine a chargé Aquasust de concevoir et d'exécuter simultanément une mise à niveau complète du système d'aération sur les deux phases.

2.1 Phase I : Colmatage du diffuseur à tube et dégradation structurelle

Les cuves de réaction biologique de la Phase I étaient initialement équipées de2 248 unités de diffusion à tubesfonctionnant avec un débit d'air nominal de 8 Nm³/h par unité. Après des années de service, le système présentait des signes caractéristiques de fatigue de la membrane à un stade avancé :

Obstruction des pores de la membrane
L'encrassement des - micro-pores par le biofilm et le tartre inorganique a provoqué une coalescence des bulles, faisant passer le système du mode fine-bulle au mode grosse-bulle et réduisant considérablement l'efficacité du transfert d'oxygène (OTE).

Vieillissement structurel
- Les fissures de la membrane EPDM et la corrosion des raccords ont créé une canalisation de l'air, générant des panaches de bulles de grand-diamètre avec une surface de contact minimale-avec une surface minimale.

Gaspillage d'énergie
- surpresseurs fonctionnaient à une pression de refoulement élevée (76 kPa contre un plafond de conception de 81 kPa), consommant près de 0,146 kWh par mètre cube d'eaux usées traitées - presque à pleine capacité.

Zones mortes et sédimentation des boues
- avec un flux d'air insuffisant et inégalement réparti, des poches de repos se sont formées sous les réseaux de tubes, provoquant une accumulation de boues et créant des microenvironnements anaérobies localisés-.

Lorsque le débit d’air d’un diffuseur individuel descend en dessous du seuil de conception, les conséquences se propagent à l’ensemble du bioprocédé :

2.2 Phase IV : Défaillance du diffuseur à disque vieilli

La Phase IV était initialement équipée de3 722 diffuseurs à disques du même format 270 mm mais d'une génération de produits antérieure. Après que la durée de vie nominale du fabricant ait été largement dépassée, l'intégrité de la membrane s'est effondrée. Les fissures de contrainte se sont propagées simultanément sur plusieurs unités, rendant le tapis diffuseur fonctionnellement équivalent à un système de canalisations ouvert-. La pression de refoulement de la soufflante s'était stabilisée à 57,3 kPa (plafond de conception : 61 kPa) - fonctionnant avec une marge de sécurité minimale et produisant une aération à bulles grossières-à un coût énergétique croissant.

3.1 Logique de sélection du diffuseur

  Efficacité prouvée du transfert d’oxygène :
Dans la plage de débit d'air de conception de 2,0 à 6,0 Nm³/h par unité, le format Φ270 atteint une efficacité de transfert d'oxygène standard (SOTE) supérieure ou égale à 30 % dans l'eau propre, correspondant à une efficacité d'aération théorique supérieure ou égale à 4,5 kgO₂/kWh.

  Couverture optimale de la zone de service :
La spécification de zone de service de 0,4 à 0,8 m²/unité s'aligne sur la géométrie du fond du réservoir pour les phases I et IV, permettant une couverture dense mais sans-chevauchement.

 Pression du système réduite :
À capacité de traitement équivalente, le format de disque Φ270 fonctionne avec une perte de résistance à l'air considérablement inférieure (inférieure ou égale à 3,5 kPa) par rapport à l'ancien réseau de diffuseurs à tubes, réduisant directement la pression de fonctionnement du ventilateur et prolongeant sa durée de vie mécanique.

3.2 Vérification de la conception hydraulique et de l'aération

Phase I
 Surface utile d'aération : ~3 800 m²
 Total diffuseurs installés : 7 532 unités
  Surface de service résultante : 0,50 m²/unité (dans une plage optimale de conception de 0,4 à 0,8 m²)
  Configuration du ventilateur : deux actifs + un en veille, débit d'air nominal 150 m³/min
 Débit d'air de l'unité dans les conditions de conception : 2,39 Nm³/h/unité (dans une plage de fonctionnement de 2,0 à 6,0 Nm³/h)

Phase IV
 Surface utile d'aération : ~1 665 m²
  Total diffuseurs installés : 3 076 unités
 Surface de service résultante : 0,547 m²/unité (dans les limites de la conception optimale)
 Configuration du ventilateur : deux actifs + un en veille, débit d'air nominal 60 m³/min
 Débit d'air de l'unité dans les conditions de conception : 2,34 Nm³/h/unité (dans la fenêtre de fonctionnement)
Les deux phases fonctionnent dans la bande inférieure-moyenne de la plage de 2,0 à 6,0 Nm³/h, garantissant la génération de micro-bulles, une couverture complète du sol et une marge confortable en dessous du seuil de débit d'air supérieur qui provoque une distorsion de la membrane.

Solution et étendue de la livraison

 

Aquasust a fourni et installé un ensemble complet de mise à niveau de l'aération pour les deux phases de traitement. Le périmètre couvrait non seulement les éléments diffuseurs, mais également l'ensemble de l'infrastructure auxiliaire requise pour un fonctionnement à long-à long terme et nécessitant peu de-entretien.

4.1 Diffuseur à disque à fines bulles EPDM Φ270 mm - Spécification technique

4.2 Résumé de la quantité du diffuseur

4.3 Équipement auxiliaire

 Silencieux de purge d'air (décharge de gaz/purge) pour la protection du ventilateur pendant la maintenance
 Vannes de vidange UPVC aux points bas du réservoir pour faciliter la déshydratation future et l'inspection du diffuseur
 Douze (12) assemblages de lavage acide à membrane en acier inoxydable-304-(Phase IV) pour le nettoyage in-de la membrane EPDM sans déshydratation du réservoir plein

 

01

 

Assèchement et inspection des réservoirs

Chaque cuve de réaction biologique a été mise hors ligne à tour de rôle, les boues ont été transférées vers des cuves actives adjacentes et la cuve a été vidangée. Les ingénieurs du site Aquasust ont mené une étude complète de l'état de la tuyauterie latérale existante, des collecteurs d'aération principaux et des points d'ancrage avant le début de toute démolition.

 

02

 

Suppression du système hérité

Tous les diffuseurs, selles et raccords de raccordement existants ont été systématiquement retirés. Là où les diffuseurs à tubes latéraux n'étaient plus en état de service, le réseau de canalisations a également été remplacé. Les débris ont été enlevés et le fond du réservoir a été préparé selon les données d'installation spécifiées pour la nouvelle grille de diffusion à disques.

 

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Installation du diffuseur à disque Aquasust Φ270

Les nouveaux diffuseurs à disque EPDM ont été installés selon un modèle de grille technique selon la conception hydraulique, chaque unité étant réglée au couple-pour empêcher la dérivation d'air au niveau de la selle de connexion. La tuyauterie latérale, les collecteurs principaux, les vannes de vidange et les ensembles de purge ont ensuite été mis en service et testés en pression-avant le remplissage du réservoir.

 

04

 

Mise en service progressive et vérification DO

Les réservoirs ont été remplis, les ventilateurs ont démarré à charge réduite et les lectures d'OD ont été prises à plusieurs points du réseau de réservoirs au cours de la période initiale de montée en puissance de 24 -heures-. Le débit d'air a été progressivement augmenté jusqu'au point de consigne de fonctionnement-. Les données de traitement ont confirmé une distribution uniforme de l'OD et une nitrification stable dans la fenêtre de réchauffement normale.

Durée totale sur-site :Phase IV - 16 jours ; Phase I - 41 jours (reflétant un nombre de réservoirs et un volume de diffuseur plus importants).

Résultats vérifiés

Les données de performances ont été enregistrées et comparées sur une base comparable-pour-(même trimestre civil, année-sur-année), éliminant ainsi la température saisonnière et la variabilité de charge influente de l'analyse.

6.1 Comparaison des performances consolidées

6.2 Réduction d'énergie - Le principal moteur

Le passage de la phase I de deux ventilateurs actifs à un - avec un débit presque double - est la démonstration la plus claire du gain d'efficacité. Le retour sur investissement simple estimé sur l’investissement en capital est d’environ 18 mois, sur la base des seules économies d’électricité opérationnelles.

6.3 Réduction de la pression du ventilateur - Marge de sécurité technique

La diminution de la pression de refoulement du ventilateur ne constitue pas simplement une économie d'énergie ; il porte une valeur structurelle et de fiabilité :

Phase I : La pression est passée de 76 kPa à 62 kPa par rapport à un plafond de conception de 81 kPa. L'écart de fonctionnement-au-plafond s'est élargi, passant de 5 kPa à 19 kPa -, quadruplant presque la marge de sécurité opérationnelle.
Phase IV : La pression est passée de 57,3 kPa à 51,6 kPa contre un plafond de 61 kPa. La hauteur sous plafond a plus que doublé.

Une pression de fonctionnement plus faible signifie une réduction des contraintes thermiques et mécaniques sur les roulements, les turbines et les moteurs du ventilateur, prolongeant la durée de vie de l'équipement et réduisant la probabilité d'actionnement des soupapes de sécurité, de fuites au niveau des joints de tuyauterie et d'arrêts imprévus.

6.4 Ammoniac-Élimination de l'azote - Conformité et intensification du traitement

Malgré le traitement d'un volume quotidien plus important, les deux phases ont maintenu l'effluent NH₃-N bien en dessous des seuils de classe I-A. Plus important encore, la masse totale d’ammoniac éliminée chaque mois a plus que doublé :

Phase I : de 30,5 à 64,8 tonnes/mois (+112%)
Phase IV : de 14,4 à 29,3 tonnes/mois (+103%)
Ce résultat reflète la distribution améliorée de l'OD permettant une nitrification complète et stable sur tout le volume du réservoir -, conséquence directe de la couverture uniforme de fines bulles-fournie par la grille de diffusion à disque Aquasust Φ270.

Pourquoi Aquasust

 

 

Aquasust se spécialise dans l'ingénierie, la fabrication et la mise en œuvre sur site de systèmes d'aération à fines bulles pour le traitement des eaux usées municipales et industrielles. Ce projet démontre la capacité complète-de la pile qui distingue Aquasust d'un fournisseur uniquement de diffuseurs- :

1

Conception-livraison de construction

De la modélisation hydraulique et l'optimisation de la disposition des diffuseurs à la-gestion de l'installation sur site et à la mise en service des processus

2

Spécification basée sur les performances-

Chaque diffuseur à disque Aquasust Φ270 EPDM est fabriqué avec une efficacité SOTE supérieure ou égale à 30 % et une efficacité supérieure ou égale à 4,5 kgO₂/kWh, vérifiable indépendamment par rapport aux protocoles de test GB/T 17393.

3

Intégration auxiliaire

Les ensembles de purge d'air, les vannes de vidange et les systèmes de lavage à l'acide-sont fournis sous forme d'ensemble coordonné, et non après coup.

4

Des résultats éprouvés sur le terrain

Documented post-retrofit energy reduction of 42–49%, ammonia removal improvement of >100 % et réduction de la pression du ventilateur jusqu'à 18 % dans un environnement d'exploitation municipal réel

Prêt à évaluer une mise à niveau de l’aération pour votre installation ?

Contactez l'équipe d'ingénierie Aquasust avec les dimensions de votre réservoir, le flux de conception et les spécifications du ventilateur existant. Nous préparerons gratuitement une disposition préliminaire du diffuseur, un calcul de la zone de desserte-et une estimation des économies d'énergie projetées.

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