CH676975A5 - - Google Patents

Description

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Description

La présente invention concerne un procédé pour la régulation d'une installation d'épuration des eaux résiduaires selon le préambule de la revendication 1.

On connaît de nombreux procédés pour la régulation de telles installations. Toutefois, leur inconvénient majeur est qu'ils apportent des réponses purement tactiques à une mesure instantanée, comme un joueur d'échecs qui ne jouerait qu'en fonction d'une évaluation statique de la situation, sans tenir compte du jeu adverse. Ainsi, il n'est pas possible de modifier l'équation qui, dans l'unité de traitement physico-chimique, donne les taux de réactifs en fonction de la pollution et des objectifs fixés pour tenir compte du fonctionnement de l'unité d'épuration biologique. En ce qui concerne ce dernier, en outre, il n'est pas envisageable de stopper l'alimentation d'un filtre avant une pointe prévisible de pollution pour lui assurer un fonctionnement plus long en période creuse, et ce, en tenant compte, bien évidemment, de la capacité totale de filtration. On peut dire, pour résumer, que les régulations de type connu sont purement locales et que le temps n'y est pas intégré.

Aussi, le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients, et, plus précisément, de proposer un procédé du genre spécifié ci-avant qui intègre les notions d'espace et de temps, qui assure une gestion raisonnée et à moindre coût des installations de traitement, qui, à coût constant, permet l'élimination maximale de la pollution carbonée et qui respecte les impératifs de sécurité de la manière la plus totale.

Selon l'invention, ces buts, et d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, dans un procédé du genre spécifié plus haut, grâce au fait que la variation des paramètres de conduite de l'installation tient compte à la fois des données que sont les estimations de la pollution instantanée aux divers niveaux du traitement d'épuration, les prévisions de la charge polluante sur une période d'au moins 24 heures et le potentiel épuratoire de l'installation.

On comprend que cette anticipation constante du flux de pollution et des capacités d'épuration de l'installation, inconnue jusqu'alors, ainsi que la prise en compte des risques de pollution accidentelle, permettent au procédé selon l'invention de se situer largement en deçà des limites théoriques que connaissent tous les procédés appartenant à l'état antérieur de la technique.

En ce qui concerne le potentiel épuratoire de l'installation, il peut être déterminé à partir de l'état d'encrassement de l'un au moins des filtres utilisés lors du traitement biologique et/ou à partir de la quantité de biomasse qui est présente dans l'étage des boues activées. Ce mode de détermination du potentiel épuratoire est remarquablement fiable et son utilisation constitue une amélioration importante lors de la mise en œuvre du présent procédé.

Quant aux prévisions de la valeur de la charge polluante qui constituent un autre élément de base de l'invention, elles, s'étendent avantageusement sur une durée qui correspond à un cycle caractéristique du profil de pollution en débit et en charge, ce qui augmente le coefficient de confiance attaché aux modèles statistiques correspondants. De préférence, ces prévisions s'étendent sur une durée de deux fois 24 heures, et elles sont examinées en glissant dans le temps sur 48 heures, ce qui constitue un compromis satisfaisant entre la longueur des prévisions et leur fiabilité.

Compte tenu de la difficulté des problèmes posés, où la complexité des raisonnement croit très rapidement avec le nombre de règles de fonctionnement utilisées, le procédé selon l'invention fait avantageusement appel aux techniques de l'intelligence artificielle, c'est-à-dire aux «systèmes experts», pour agir sur les paramètres de fonctionnement de l'installation en fonction des données fournies notamment par les anticipations spécifiées ci-avant et par les estimations de la pollution instantanée aux divers niveaux du traitement d'épuration.

Les vastes possibilités offertes par l'informatique et, plus précisément, dans le cas de l'espèce, par les systèmes experts, permettent d'intégrer dans le procédé selon la présente invention diverses informations qu'il lui serait très difficile - sinon impossible - d'exploiter de manière satisfaisante s'il n'utilisait pas ces méthodes modernes de traitement.

Les autres données qu'il peut ainsi intégrer sont, en particulier, l'évaluation du temps de fonctionnement des filtres utilisés lors du traitement biologique en fonction des charges massiques, des impératifs économiques comme le coût de l'énergie électrique aux diverses heures de la journée, l'évaluation de la charge massique d'un réacteur de boues activées en fonction de la pollution déjà reçue ou à recevoir, et les résultats antérieurs qui permettent au système d'améliorer ses performances au cours du temps.

Un autre aspect important du procédé selon l'invention, ainsi que cela a été dit plus haut, réside dans les estimations de la pollution instantanée aux divers niveaux du traitement d'épuration. Dans cette optique, il est clair que le choix des capteurs utilisés et leur situation dans l'installation de traitement sont des éléments fondamentaux.

Ainsi, il est avantageux d'estimer la pollution de l'eau à traiter ou en cours de traitement à partir de l'une au moins des valeurs suivantes: les matières en suspension (MES), la demande biologique en oxygène (DBO), la demande chimique en oxygène (DCO), la teneur en azote et teneur en phosphore.

Ces valeurs et leur mode de détermination sont bien connues des spécialistes en la matière, mais, selon la présente invention, leur estimation est réalisée, de préférence, à partir de mesures de densité optique. Ainsi, on peut utiliser, en amont du traitement physico-chimique, une unité d'estimation de la pollution constituée par un décanteur lamellaire, un spectrophotomètre d'absorption UV visible à fonctionnement continu sur de l'eau résiduaire, et un microprocesseur qui traite les informations reçues selon un modèle préétabli pour les fournir, par exemple, au système expert dont il a été question plus haut.

De même, on peut utiliser avantageusement, en amont et/ou en aval du traitement biologique, un ap5

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pareil d'estimation de la pollution ou «pollutomètre» comprenant un spectrophotomètre d'absorption UV/visibie à fonctionnement continu. De tels pol-lutomètres, ainsi que l'unité d'estimation de la pollution décrite plus haut, sont associés de préférence à des turbidimètres et/ou à des granulomètres à laser en vue d'affiner les mesures de la pollution de l'eau en cours de traitement.

Avantageusement, l'installation d'épuration qui met en oeuvre le procédé de l'invention comprend un détecteur de toxiques qui est monté en amont du traitement physico-chimique et dont les données sont intégrées par le système, afin de pouvoir réaliser une correction par voie chimique et/ou un court-circuitage du traitement biologique et/ou un détournement du flux toxique vers un réservoir de stockage intermédiaire.

Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, les paramètres qui permettent d'agir en permanence sur le fonctionnement de l'installation comprennent en outre l'énergie d'agitation utilisée lors de l'étape de mélange rapide ou «flash-mixing» du traitement physico-chimique.

La description qui va suivre, et qui ne comporte aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels:

- La figure 1 est un diagramme qui représente, de manière extrêmement schématique, une installation d'épuration utilisée dans le cadre de la présente invention, ainsi que certains de ses organes et circuits de commande: et:

- La figure 2 est un diagramme à blocs qui montre la structure d'ensemble du système informatique basé sur les techniques de l'intelligence artificielle qui est utilisé pour l'exploitation de l'installation de la figure 1.

Comme on le voit sur la figure 1, l'eau brute à traiter arrive en 1 dans l'installation d'épuration et elle commence par traverser un appareil de détermination de la pollution entrante qui est désigné dans son ensemble par le repère 10 et qui sera décrit plus loin de manière plus détaillée. A sa sortie de cet appareil 10, l'eau est introduite en 16 dans une installation de traitement physico-chimique qui est désignée dans son ensemble par le repère 20 et qui peut être court-circuitée, au moins partiellement, par une conduite 21, dite «de by-pass», la mise en service de cette dernière et le réglage du débit d'eau qui la traverse étant assurés par un ensemble de vannes dont une seule a été représentée en 22 à titre d'illustration très schématique. La position et les caractéristiques de tels organes peuvent être aisément déterminés par les spécialistes en la matière, et il n'est donc pas nécessaire de les décrire ou de les représenter ici dans leur ensemble.

Dans sa forme de réalisation représentée, l'installation de traitement physico-chimique 20 comprend un bac 23 dans lequel on introduit en 24 des quantités dosées d'agents de coagulation des particules colloïdales que l'on mélange sous agitation rapide ou «flash-mixing» au moyen de pales 25. Ce bac 23 est suivi par des floculateurs équipés d'agitateurs lents 26 et par des décanteurs lamellaires à compartiments 27, la sortie des boues se faisant en 28 à la base de ces derniers. Ces floculateurs et ces décanteurs peuvent d'ailleurs être regroupés dans un seul bassin à décantation lamellaire lorsque l'on suit les enseignements du brevet français n° 85.18 301 du 11 décembre 1985.

L'eau provenant en 29 de l'unité de traitement physico-chimique 20 et/ou de son by-pass 21 peut ensuite être soumise à une épuration biologique dans une installation qui est désignée dans son ensemble par le repère 30, qui est constituée par un certain nombre de cuves 30a, 30b, etc. montées en parallèle, et qui, de même que l'installation de traitement physico-chimique 20, peut être court-circui-tée, au moins partiellement, par une canalisation de by-pass 31 munie de vannes dont une seule a été représentée en 32.

Chacune des cuves 30a, 30b, etc. peut être mise en service par l'ouverture d'une vanne 33a, 33b, etc., montée sur sa canalisation d'arrivée. Ces cuves sont avantageusement du genre décrit dans les brevets français n° 76.21 246 du 12 juillet 1976 et n° 78.30 282 du 25 octobre 1978, et elles comprennent alors un lit de charbon biologiquement actif qui est supporté par une plaque perforée, dans lequel pénètre, à une hauteur convenablement choisie, une pluralité de tubes d'adduction d'air 34a, 34b, etc., respectivement, et qui est traversé, de haut en bas et à une vitesse prédéterminée, par l'eau qu'il s'agit d'épurer. Des canalisations 35a, 35b, etc. relient entre elles, respectivement, l'entrée et la sortie des cuves 30a, 30b, etc., et elles comprennent chacune une pompe et des vannes non représentées dont la raison d'être va être expliqué maintenant.

Le lit de charbon contenu dans les cuves 30a, 30b, etc. est submergé et fixe. II fonctionne en conditions aérobies, et, à partir d'une charge fraîche de charbon, il est rendu biologiquement actif au cours d'une phase préliminaire d'une durée de quelques heures au cours de laquelle on fait circuler l'eau à épurer à travers le lit, par exemple en circuit fermé par l'intermédiaire des canalisations 35a, 35b, etc., avec injection simultanée d'air, jusqu'à ce que l'effluent soit pratiquement clair, c'est-à-dire dépourvu de turbidité colloïdale. Enfin, ce lit doit être nettoyé après une semaine environ de fonctionnement, lorsque la charge à travers lui atteint une valeur prédéterminée, par lavage en lit fluide à l'aide d'un courant ascendant d'eau épurée, les boues étant déchargées à travers un trop-plein dans un canal d'écoulement. A la sortie 36 de cette installation 30, on obtient ainsi de l'eau épurée.

Toutes ces opérations sont réalisées automatiquement grâce à des commandes qui émanent d'une unité informatique centrale 40 et qui agissent sur les mécanismes correspondants. Parmi ces automatismes, on a simplement indiqué, de manière très schématique et en traits mixtes, une commande 41 agissant sur les vannes 32 qui permettent de court-circuiter plus ou moins l'installation 30 d'épuration biologique, des commandes individuelles 42 ouvrant ou fermant les vannes 33a, 33b, etc. d'alimentation

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en eau à épurer des cuves correspondantes 30a, 30b,* etc., ces vannes déterminant le nombre des étages de traitement, des commandes individuelles supplémentaires 43 régissant le débit d'air injecté dans tes diverses cuves, et, pour Ghacune de ces dernières, des commandes individuelles 44 permettant de faire circuler l'eau en cours de traitement, dans un sens ou dans l'autre, à travers les canalisations 35a, 35b, etc. Ainsi que cela a été indiqué plus haut, ces canalisation permettent une circulation d'eau descendante dans les cuves 30a, 30b, etc., par exemple en circuit fermé, lors de la phase préliminaire destinée à rendre biologiquement actif le charbon qu'elles renferment, et une circulation d'eau ascendante lors de la phase de lavage ou de nettoyage du charbon actif.

D'autres commandes agissent sur le fonctionnement de l'installation de traitement physico-chimique 20, comme par exemple une commande 45 agissant sur les vannes 22 qui sont chargées de court-cir-cuiter plus ou moins cette installation, une commande 46 réglant l'addition de réactif en 24 dans la cuve 23 de mélange rapide, et une commande 47 modifiant l'énergie d'agitation des pales 25 de cette Guve,

En revanche, que ce soit pour l'installation de traitement physico-chimique 20 ou pour celle d'épuration biologique 30, d'autres organes de commande et leurs moyens de mise en œuvre n'ont été ni décrits ni représentés, afin d'éviter toute surcharge inutile de la figure et de la présente description. Il en est ainsi des autres vannes, pompes et canalisations nécessaires au fonctionnement de la station d'épuration qui vient d'être décrite, car leur montage, d'ailleurs à la portée de l'homme de l'art, a été décrit largement dans les brevets français précités.

Il convient maintenant de décrire les capteurs que l'on utilise avantageusement pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, car leur nature et leur position sont extrêmement importantes pour assurer la gestion intelligente des moyens d'épuration et des instruments de régulation de l'installation correspondante.

On commencera par le capteur 10 qui est alimenté en eau brute en 1 et qui est installé en amont de l'installation de traitement physico-chimique 20. Ce capteur, appelé ECOFLOC (marque déposée) fait l'objet du brevet français n° 85.15 245 du 15 octobre 1985 et il ne sera donc pas décrit ici de manière détaillée. II suffira d'indiquer que sa conception résulte de la constatation que, dans ce cas, il faut éliminer, avant la mesure de la pollution, les matières pouvant décanter spontanément qui n'entraînent aucune consommation de réactif lors de l'épuration ultérieure dans l'installation 20 d'épuration physico-chimique. L'ECOFLOC se compose donc d'une unité 11 de séparation des matières décantables fonctionnant en continu et miniaturisée grâce au principe de la décantation lamellaire. A sa base, les boues sortent en 12 et elle est suivie par un spectrophoto-raètre d'absorption 13 UV/vtsibie qui est adapté au fonctionnement en continu sur de l'eau résiduaire et dont les informations sont envoyées par une ligne 14 représentée en traits mixtes à l'unité centrale informatique 40.

Cet ECOFLOC, associé à un simple turbidimètre T1 de type classique, permet notamment de connaître le flux de pollution entrant, la quantité de boues qui sera produite, ainsi qu'une appréciation de la qualité de ces dernières par le rapport MES/hydroxyde de fer. En outre, un détecteur de toxiques B est avantageusement monté entre l'ECO-FLOC 10 et le turbidimètre T1 et il peut notamment servir à commander le détournement des flux toxiques éventuels vers un stockage intermédiaire.

Un appareil P2 de détermination de la pollution ou «pollutomètre» est monté au voisinage de la sortie 29 de l'installation 20 de traitement physico-chimique. Il repose, comme l'ECOFLOC 10, sur le principe d'une mesure de l'absorption d'un rayonnement ultraviolet combinée avec une mesure d'absorption dans le visible, sans comprendre toutefois de décantation préalable, et il est associé à un turbidimètre T2 qui affine les mesures.

De même, un pollutomètre P3 associé à un turbidimètre T3 est monté à la sortie 36 de l'unité 30 d'épuration biologique. Il y a lieu d'ailleurs de préciser à cet endroit que les turbidimètres Tt, T2 et T3 pourraient être remplacés par des granulomètres laser de type connu.

Comme on l'a représenté de manière très schématique en 47 sur la figure 1, les Informations fournies par les capteurs B, T1 à T3, P2 et P3 sont amenées à l'unité centrale informatique 40, et il convient de souligner ici que la configuration de ces appareils de mesure, telle qu'elle vient d'être décrite, est celle qui, à la fois, permet la meilleure régulation des paramètres du traitement à un instant donné, et fournît les données les plus pertinentes pour l'application des règles d'inférence du système expert de l'unité centrale 40.

Enfin, de nombreuses autres données peuvent être introduites dans cette unité centrale 40, comme des températures, des débits de fluide, et, plus important encore, les bases de connaissance. Sauf pour ces dernières dont le cas sera longuement évoqué plus loin, elles ne seront pas décrites ici de manière détaillée, et leur introduction dans l'unité centrale 40 a été simplement schématisée en 48.

Pour en arriver maintenant au système expert qui est utilisé dans le cadre de la présente invention et qui est mis en oeuvre dans l'unité centrale 40, on rappelera tout d'abord qu'un tel système, qui est appelé aussi «à base de connaissances» et qui fait appel aux techniques toutes récentes de l'intelligence artificielle, est un outil informatique dont la fonction est de simuler le raisonnement d'un expert humain et qui se distingue d'un logiciel classique par la séparation des parties «raisonnement» et «connaissances». Comparé à un programme classique qui ne sait résoudre que des problèmes posés toujours rigoureusement de la même façon, un programme écrit en «système expert» ne constitue pas une séquence d'instructions, mais une collection - non séquentielle, mais cependant structurée - d'assertions utilisées au moyen de processus d'inféren-ces qui remplacent les processus algorithmiques et répétitifs des traitements de données usuels. Les données sont ainsi complétées par des connais5

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sances que l'on sait également représenter, manipuler et utiliser pour conduire à des décisions raison-nées.

En se référant à la figure 2, un tel système à base de connaissances, S, est muni d'un moteur d'inférence M qui est un programme construisant des raisonnements à partir d'une base de faits BF. Dans ce domaine, la définition du mot «inférence» est celle qui est donnée par tout dictionnaire, à savoir une opération intellectuelle par laquelle on passe d'une vérité à une autre vérité, jugée telle en raison de son lien avec la première.

Le moteur d'inférence M fournit ses conclusions à une interface I d'interaction avec l'utilisateur qui délivre un synoptique des résultats atteints et qui permet même, éventuellement, de forcer les paramètres du traitement d'épuration à partir des connaissances emmagasinées dans le système S. C'est grâce à cette interface I qu'est réalisée la conduite du procédé dans son ensemble en P, y compris la fixation des objectifs intermédiaires, par action sur les commandes 41 à 47 et 14 de la figure 1 et sur toutes les autres commandes qui ont été simplement évoquées ci-avant.

Au niveau de l'interface I, l'ensemble du procédé est visualisé graphiquement sur un écran et le positionnement d'un curseur sur tel ou tel point du système permet d'appeler les valeurs instantanées des flux, ainsi que leur historique ou leur prévision. Le positionnement de ce curseur sur un organe comme une vanne ou un moteur permet, pour sa part, de réaliser un changement d'état par télécommande. En outre, l'opérateur peut visualiser à tout moment le «raisonnement» du système, ou tout au moins sa démarche logique, cet aspect «convivial» de dialogue avec la machine n'étant pas le moindre intérêt du procédé qui fournit à l'utilisateur une sorte de synoptique «intelligent».

Le moteur d'inférence M est alimenté par des faits et par des connaissances qui sont issus respectivement d'une base de faits BF et d'une base de connaissances BC et qui sont respectivement examinés par une unité F1 d'examen des faits et par une unité C1 d'examen des règles. A son tour, il peut fournir à la base de faits BF des faits déduits qui sont élaborés par une unité FD. La base de faits BF est matérialisée par une mémoire de travail et elle emmagasine notamment les objectifs visés, par exemple en termes de pollution résiduelle et les prévisions utilisables. Ces dernières ont trait en particulier à la consommation d'eau et à sa pollution prévue, aux données fournies par les capteurs, et aux faits déduits apportés, ainsi que cela vient d'être dit, par le moteur d'inférence M lui-même.

Quant à la base de connaissances BC, elle est chargée de toutes les «métaconnaissances» qui peuvent lui être apportées par les experts en la matière, en ce qui concerne notamment le mode de fonctionnement des unités de traitement physicochimique et biologique, l'évacuation des boues, les interactions entre les diverses phases du traitement d'épuration, et bien d'autres encore.

Ces connaissances ne sont pas seulement apportées sous la forme de règles, mais aussi sous celle de cadres ou «frames» qui sont parfois définis comme la représentation informatique concrète d'un contexte et qui permet d'approcher simplement la hiérarchie des objets. Chaque cadre est assorti d'un ensemble de valeurs d'attente, par défaut, et les règles sont hiérarchisées de façon à pouvoir distinguer, en particulier, les règles simples des «métarègles» qui permettent d'imposer une stratégie au système.

Enfin, comme dans tous les systèmes experts, ces informations peuvent être apportées par les spécialistes que l'on consulte sous la forme de règles de production, c'est-à-dire d'expressions de la forme «si conditions, alors conclusions», ce qui permet au spécialiste d'exprimer son expertise de façon simple et modulaire et facilite aussi la mise à jour de la base de connaissances BC.

Le système S est également alimenté par des modèles que l'on a regroupés sur la figure 2 dans un bloc MOD et qui intègrent par exemple la prévision du flux de pollution et les divers paramètres de fonctionnement comme les taux de réactifs, la durée de cycle des cuves de traitement biologique et bien d'autres encore. Le système S est également alimenté par une base de données BD qui stocke les entrées ENT constituées par les valeurs fournies par les divers capteurs de l'installation. Ces valeurs peuvent être celles du poids de matières en suspension (MES), de la demande chimique en oxygène (DCO), de la demande biologique en oxygène (DBO), des débits, des températures, des densités optiques donnant entre autres les teneurs en azote et en phosphore, et d'autres encore. La base de données BD peut également stocker des paramètres du traitement et les dysfonctionnements que l'on peut rencontrer.

Il est bien clair que le système S peut intégrer aisément les données essentielles du procédé de régulation selon la présente invention, à savoir les données qui sont constituées, de manière parfaitement originale, par les estimations de la pollution instantanée aux divers niveaux du traitement d'épuration, les prévisions de la charge polluante sur une période d'au moins 24 heures, et le potentiel épuratoire de l'installation. Ces données lui sont fournies, notamment, par la base de données BD et par les modèles MOD qui sont tous deux alimentés par les entrées ENT. Elles constituent une partie de la base de faits BF, et, grâce aux connaissances de la base de connaissances BC, elles permettent une conduite optimale du processus P par comparaison et correction.

Bien entendu, seules les possibilités offertes par les systèmes experts permettent une telle optimalisation, compte tenu de l'énorme volume de données et de «métaconnaissances» à mettre en œuvre. Sur les prévisions du flux de pollution, on rappellera en outre qu'il a été montré qu'il est possible de prédire le flux de pollution au cours d'une journée en tenant compte du profil de pollution de la veille, du mois et du jour de la semaine où l'on se trouve, et de certains éléments du climat à plus ou moins long terme. Une modélisation de ce type peut être effectuée sur tous les sites à condition de disposer d'une année de suivi en continu, et elle est stockée dans l'unité MOD.

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Quoi qu'il en soit, une telle modélisation permet de réaliser assez facilement une disposition importante du procédé selon la présente invention, à savoir que les prévisions de la valeur de la charge polluante doivent s'étendre sur une durée qui correspond à un cycle caractéristique du profil de pollution en débit et en charge, ces prévisions s'éten-dant de préférence sur une période de deux fois 24 heures et étant examinées en glissant dans le temps sur les 48 heures qui suivent l'analyse.

Cela étant, d'autres paramètres qui peuvent être également pris en compte pour l'alimentation du système S à base de connaissances sont par exemple:

- L'énergie d'agitation des pales 25 (voir figure 1) de l'installation de mélange rapide 23;

- Le temps de fonctionnement des filtres utilisés dans l'installation 30 d'épuration biologique;

- Les impératifs économiques, et, en particulier, le coût de l'énergie électrique, compte tenu de l'existence d'heures dites «creuses» où l'électricité est moins chère;

- Les données fournies par le détecteur de toxiques B qui joue un rôle à part vis-à-vis des autres capteurs de l'installation, du fait qu'il commande des opérations d'une autre nature.

Enfin, les interactions entre le système à base de connaissances, S, la base de données BD et les modèles MOD permettent au système d'intégrer les résultats antérieurs pour améliorer ses performances. Ainsi, à partir des capteurs P2 et T2 (figure 1), par exemple, on peut enrichir en permanence la base de données BD par de nouvelles informations établissant ainsi la relation:

Paramètres de traitement = f(caractéristiques de l'eau brute//objectifs).

Cette base BD, qui est initialisée par les données issues de la connaissance qu'ont les industriels des performances de leurs équipements, se fiabilise donc au fur et à mesure du fonctionnement et s'adapte ainsi aux qualités spécifiques des eaux brutes d'un site donné, aux performances du décan-teur lamellaire 27 (figure 1) et à l'équipement 24 d'injection de réactifs.

Ainsi que cela a été dit plus haut, un point important du procédé selon l'invention est relatif au fonctionnement des filtres utilisés dans l'installation d'épuration biologique, et l'exemple suivant, emprunté à la gestion du lavage de six filtres, démontrera bien la complexité d'un tel problème.

En supposant une période qui permette d'assurer en moyenne des lavages par tranches de 36 heures, une première règle simple conduit à proposer une période de 24 heures sur quatre filtres et de 48 heures sur les deux autres.

Au temps t=10 heures, l'historique des charges massiques et hydrauliques admises, ainsi que les prévisions sur les charges futures, permettent d'établir les durées probables avant lavage du tableau suivant;

Filtre n° 1 2 3 4 5 6

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En plus de cette configuration, les règles de l'unité de filtration indiquent que la pointe prévue à midi peut être absorbée sur cinq filtres, de sorte qu'il est possible de cesser l'alimentation sur un filtre, et que le filtre n° 2 doit être arrêté jusqu'à 16 heures pour pouvoir être lavé en période creuse. Dans l'hypothèse d'un arrêt du filtre n° 1, la nouvelle prévision suivante est établie:

Filtre n° 1 2 3 4 5 6

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On déduit de ces valeurs que le filtre n° 2 devra être lavé à 15 heures ou stoppé; mais, par application des règles de l'unité de filtration, il ne peut être stoppé sans risquer un dépassement de la charge maximale pendant la pointe. On recherche alors une nouvelle combinaison d'ensemble en fixant une augmentation de rendement sur l'installation de traitement physico-chimique et en évaluant les conséquences sur la qualité du traitement et sur les coûts. Un nouveau cycle de raisonnement est alors entamé, et on voit que la complexité de ce problème -qui n'est pourtant pas le plus compliqué à résoudre-justifie que, selon l'invention, on fasse appel à un système expert.

En fait, ce système permet de déterminer le potentiel épuratoire de l'installation d'épuration biologique à partir de l'état d'encrassement des filtres utilisés, et d'intégrer l'évaluation du temps de fonctionnement de ces derniers en fonction des charges massiques et hydrauliques qui sont appliquées.

Plus précisément, l'étage de filtration biologique reçoit le flux de pollution résiduel après traitement par l'installation de traitement physico-chimique. Ce flux est également caractérisé par un débit, une concentration en MES et une concentration en DBO qui sont mesurés par les capteurs P2 et T2 (figure 1 ) situés à la sortie de l'étage précédent.

Les paramètres de fonctionnement de chacun des filtres pour atteindre un objectif donné en MES et en DBO de sortie sont alors la vitesse instantanée de l'eau sur le filtre, laquelle résulte entre autres du nombre de filtres en service, et le débit d'air à injecter qui résulte d'un calcul préGÎs à partir de la charge de pollution.

Dans le système de l'invention, chaque filtre conserve la trace de son activité depuis le lavage précédent sous la forme d'un degré de colmatage et d'un potentiel de durée de cycle avant le lavage suivant. On voit bien que ces facteurs dépendent simultanément des MES retenues sur le filtre et de la DBO déjà éliminée par l'activité biologique. L'expérience permet d'intégrer également, pour la connaissance de la durée de cycle, la notion de profil de pollution reçue ou à recevoir dont il a été question plus haut.

Ceci correspond à la notion intuitice selon laquelle une même charge de pollution correspondant à un volume donné d'eau à traiter n'a pas le même impact, aussi bien sur la durée du cycle de filtration que sur les qualités de l'eau traitée, selon qu'elle est equirépartie sur un débit fixe ou qu'elle est traitée

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avec des pointes tant hydrauliques que de concentration.

De là même façon que pour l'étage physico-chi-mique, on peut, à partir des capteurs situés sur l'eau traitée, comparer en permanence les résultats obtenus et les résultats escomptés et enrichir la base de données BD, moyennant certaines règles relativement complexes, cependant, de façon à obtenir les relations:

Paramètres de traitement = f(eau traitée, objectifs eau filtrée).

A chaque instant, chaque filtre est ainsi caractérisé par ses paramètres de fonctionnement et par une durée de cycle potentielle au regard des profils de pollution à recevoir.

Il convient encore de noter que le potentiel épuratoire de l'installation peut aussi être déterminé à partir de la quantité de biomasse présente dans l'étage des boues activées de l'installation d'épuration biologique, et que le système expert utilisé dans le cadre de la présente invention peut intégrer l'évaluation de la charge massique du réacteur de boues activées en fonction de la pollution déjà reçue ou à recevoir.

Enfin, on rappellera que le moteur d'inférence du système expert peut utiliser deux types de raisonnements couramment appelés «chaînage avant» et «chaînage arrière». Avec le premier, le raisonnement se fait en utilisant les règles à partir des faits connus jusqu'à ce que le but ait été déduit. En chaînage arrière, au contraire, le raisonnement a lieu à partir du but en essayant de le ramener à des sous-buts équivalents que l'on cherche alors à vérifier.

Le système expert mis en œuvre dans le cadre de la présente invention peut utiliser ces deux types de raisonnement: le chaînage avant lorsqu'à partir de la qualité d'une eau brute, il définit les paramètres de fonctionnement de l'installation de traitement physico-chimique, et le chaînage arrière lorsqu'à partir de l'objectif de traitement, de l'état des filtres et du profil de pollution à recevoir, il définit les caractéristiques de l'eau décantée qu'il doit recevoir.

Pour conclure, on voit que le procédé de régulation selon l'invention permet de réagir en permanence à la réalité des effluents qui arrivent sur une station d'épuration, et ce, en fonction de l'état de cette dernière et en intégrant son fonctionnement dans le temps. Cette adaptation permanente ouvre en particulier la voie à plusieurs types d'améliorations s'ajoutant à ceux déjà décrits. Ainsi, on améliore la qualité du traitement en utilisant en permanence chaque équipement prévu au mieux de ses possibilités, d'une part, et, d'autre part, on arrive à ne pas utiliser en permanence tous les équipements prévus.

Pour une capacité de traitement donnée, on obtient une fiabilité d'ensemble supérieure et on donne à l'installation la capacité de mobiliser, soit un complément de traitement physico-chimique, soit un certain nombre de filtres, jusque-là à l'arrêt, pour faire face à une charge de pollution instantanée imprévue par rapport aux profils-types de pollution.

Claims (14)

Revendications

1. Procédé pour la régulation d'une installation d'épuration des eaux résiduaires utilisant un traitement physico-chimique et un traitement biologique qui peuvent fonctionner en parallèle ou en série, et dans laquelle on agit en permanence sur le flux de pollution résiduel en faisant varier l'un au moins des paramètres que sont la quantité de réactif de floculation ajoutée à l'eau à traiter, la répartition des débits d'eau entre le traitement biologique et le traitement physico-chimique, ainsi que le débit de l'air injecté lors du traitement biologique, et le nombre des étages de traitement, caractérisé par le fait que la variation desdits paramètres tient compte à la fois des données que sont les estimations de la pollution instantanée aux divers niveaux du traitement d'épuration, les prévisions de la charge polluante sur une période d'au moins 24 heures et le potentiel épuratoire de l'installation.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit potentiel épuratoire est déterminé à partir de l'état d'encrassement de l'un au moins des filtres utilisés, lors du traitement biologique et/ou à partir de la quantité de biomasse présente dans l'étage des boues activées.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdites prévisions de la valeur de la charge polluante s'étendent sur une durée qui correspond à un cycle caractéristique du profil de pollution en débit et en charge.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdites prévisions de la valeur de la charge polluante s'étendent sur une période de deux fois 24 heures, et qu'elles sont examinées en glissant dans le temps sur 48 heures.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on utilise les techniques de l'intelligence artificielle pour agir sur lesdits paramètres à partir desdites données.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il intègre l'évaluation du temps de fonctionnement des filtres utilisés lors dudit traitement biologique en fonction des charges massiques et hydrauliques appliquées.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il intègre l'évaluation de la charge massique d'un réacteur de boues activées en fonction de la pollution déjà reçue ou à recevoir.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que lesdits paramètres comprennent en outre l'énergie d'agitation qui est utilisée lors du traitement physico-chimique.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la pollution de l'eau à traiter ou en cours de traitement est estimée à partir de l'une au moins des valeurs des matières en suspension (MES), de la demande biologique en oxygène (DBO), de la demande chimique en oxygène (DCO), et des teneurs en azote et en phosphore.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que I' estimation des valeurs MES, DBO

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et DCO, et des teneurs en azote et en phosphore est réalisée à partir de mesures de densité optique.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on utilise, en amont dudit traitement physico-chimique, une unité d'estimation de la pollution constituée par un dé-canteur lamellaire, un spectrophotomètre d'absorption UV/visible à fonctionnement continu sur de l'eau résiduaire, et un microprocesseur qui traite Tes informations reçues selon un modèle préétabli.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'on utilise, en amont dudit traitement physico-chimique, un détecteur de toxiques dont les données sont intégrées pour une correction par voie chimique et/ou pour un court-circuitage du traitement biologique et/ou pour un détournement du flux toxique vers un réservoir de stockage intermédiaire.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'on utilise, en amont et/ou en aval dudit traitement biologique, un appareil d'estimation de la pollution comprenant un spectrophotomètre d'absorption UV/visible à fonctionnement continu.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que l'on utilise, en amont et/ou en aval dudit traitement physico-chimique et/ou dudit traitement biologique, un turbidimètre et/ou un granulomètre à laser pour l'estimation de la pollution de l'eau à traiter.

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