FR3005504A1 - METHOD OF DETERMINING THE PHOSPHATE CONTENT IN WASTEWATER - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une méthode d'estimation de la teneur en phosphates dans un effluent d'eaux usées. La méthode comprend la mesure en ligne de la teneur en ammonium dans l'effluent suivi du calcul de la teneur en phosphates à partir de la teneur mesurée en ammonium.The present invention relates to a method for estimating the content of phosphates in a wastewater effluent. The method includes on-line measurement of the ammonium content in the effluent followed by calculation of the phosphate content from the measured ammonium content.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine du traitement des eaux usées, telles que les eaux usées urbaines ou industrielles. Plus particulièrement, la présente invention concerne le domaine du traitement du phosphore dans les eaux usées.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of wastewater treatment, such as urban or industrial wastewater. More particularly, the present invention relates to the field of treatment of phosphorus in wastewater.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Le phosphore est un oligoélément indispensable aux organismes vivants. Tout particulièrement, le phosphore est essentiel au développement des plantes. Il est ainsi majoritairement utilisé en agriculture en tant qu'amendement. Un apport excessif en phosphore peut conduire à des phénomènes d'eutrophisation. Pour limiter ces phénomènes et préserver le bon état écologique des milieux aquatiques, les eaux déversées en milieu naturel doivent répondre à des exigences réglementaires. Les rejets d'azote et de phosphore sont particulièrement contrôlés. En France, la loi sur l'eau et les milieux aquatiques LEMA n°2006-1772 et l'arrêté du 22 juin 2007 fixent les objectifs à atteindre pour le traitement des eaux résiduaires urbaines en fonction de la capacité de traitement de la station d'épuration et de la sensibilité de la zone de rejet à l'eutrophisation. L'atteinte de ces objectifs a poussé les exploitants de stations d'épuration à équiper leurs installations d'un traitement adéquat du phosphore. Le traitement du phosphore est communément réalisé par traitement au moyen de boues activées selon une voie physico-chimique, biologique ou par combinaison des deux.BACKGROUND OF THE INVENTION Phosphorus is a trace element essential for living organisms. In particular, phosphorus is essential for plant development. It is thus mainly used in agriculture as an amendment. Excessive phosphorus intake can lead to eutrophication phenomena. To limit these phenomena and preserve the good ecological status of aquatic environments, water discharged into the natural environment must meet regulatory requirements. Discharges of nitrogen and phosphorus are particularly controlled. In France, the law on water and aquatic environments LEMA n ° 2006-1772 and the decree of 22 June 2007 set the objectives to be achieved for the treatment of urban wastewater according to the treatment capacity of the water treatment plant. purification and the sensitivity of the discharge zone to eutrophication. Achieving these objectives has forced wastewater treatment plant operators to equip their facilities with adequate phosphorus treatment. The treatment of phosphorus is commonly carried out by treatment with activated sludge in a physicochemical, biological way or a combination of both.
Le traitement du phosphore par voie biologique consiste à sur-accumuler le phosphore par des bactéries déphosphatantes. La réaction qui s'opère grâce à l'alternance de phases anaérobies et aérobies permet aux bactéries déphosphatantes d'absorber le phosphore au-delà de leurs besoins métaboliques. Le rendement moyen d'élimination du phosphore par un tel procédé est de l'ordre de 60%.The treatment of phosphorus biologically consists of over-accumulating phosphorus by dephosphating bacteria. The reaction that occurs through the alternation of anaerobic and aerobic phases allows the dephosphating bacteria to absorb phosphorus beyond their metabolic needs. The average yield of phosphorus removal by such a method is of the order of 60%.
Le traitement du phosphore par voie physico-chimique consiste, quant à lui, à précipiter le phosphore dissous sous forme particulaire par l'ajout de réactifs coagulants, tels que des réactifs à base de fer ou d'aluminium. Bien que hautement performant (jusqu'à 95% de rendement en fonction du ratio molaire réactifs coagulants/phosphore à précipiter), ce procédé de déphosphatation physico-chimique présente l'inconvénient majeur d'être couteux (coûts des réactifs, coûts de traitement des boues produites avec notamment une surproduction de boues de l'ordre de 20%). Les deux voies de traitement peuvent être combinées pour bénéficier de l'avantage des deux filières en termes d'efficacité de traitement, de production de boues, de consommation de réactifs, etc. Ces dernières années, dans un souci de diminuer les coûts d'exploitation engendrés par les procédés de traitement du phosphore par voie physicochimique, des automates permettant de réguler l'injection de réactifs de traitement, tels que des réactifs coagulants, se sont déployés, entraînant en parallèle le développement d'instruments de mesure de la teneur en polluants dans les eaux usées. Les instruments de mesure en ligne de polluants dissous dans les eaux usées sont de deux types : les analyseurs physico-chimiques et les capteurs de mesure (sondes). Les analyseurs physico-chimiques en ligne combinent dans un même équipement de mesure un dispositif de prise d'échantillon, une cellule de filtration et/ou de dilution pour assurer la représentativité de l'échantillon et garantir des résultats sans perturbations ni erreurs, une pompe d'injection de réactifs physico-chimiques et une cellule de mesure de la réaction physico-chimique après un délai de réaction défini. Les analyseurs en ligne de phosphore déterminent les concentrations en phosphore total (P total) et en phosphates ou orthophosphates (P043-) par photométrie, en mesurant, en milieu acide, la réaction du phosphore au bleu de molybdène ou au vanadate-molybdate. Les gammes de mesure s'étendent de 0,05 à 35 mg/L de P-P043- et de 0,01 à 100 mg/L P - total, avec des cycles de mesure variables de 5 à 60 min. Ce type d'instrument de mesure présente des inconvénients majeurs. Au-delà des coûts d'investissement et d'exploitation (maintenance, réactifs, ...), les analyseurs en ligne ne sont pas adaptés pour accepter d'autres matrices que le liquide interstitiel des boues activées (après filtration) ou les eaux usées traitées. Par ailleurs, le prélèvement et la préparation de l'échantillon constituent des étapes délicates pouvant être sources d'erreurs et de perturbations des résultats. Les cycles de mesure, bien que variables, sont par ailleurs conditionnés par le temps de réponse de la réaction colorimétrique et de la mesure photométrique qui peut être plus ou moins long. Ainsi de tels analyseurs ne permettent pas d'obtenir véritablement une mesure en continu et en temps réel de la concentration en phosphates. L'obtention d'une telle mesure demeure un réel enjeu puisqu'elle permettrait d'adapter rapidement les conditions de traitement du phosphore en fonction de la teneur en phosphates dans les eaux usées (ex : concentration en réactifs coagulants) et à terme assurerait un fonctionnement plus économique des stations de traitement des eaux usées. La seconde catégorie d'instruments de mesure - les capteurs de mesure en ligne - ne nécessite pas d'étape d'échantillonnage, ni de préparation d'échantillon, ni de réactions chimiques. Les sondes sont plongées dans les eaux usées ou dans les boues activées (directement ou via une dérivation du débit) et mesurent directement la concentration des polluants dans le milieu. Elles sont ainsi plus économiques, notamment au regard des coûts de maintenance et de réactifs, et sont à même d'être installées dans des matrices plus chargées que les eaux épurées, comme par exemple les eaux usées prétraitées. Les capteurs en ligne de phosphore sont malheureusement inexistants sur le marché, tant pour la mesure de la concentration en Ptotal que celle en P043-. Un besoin existe donc pour la mise au point d'une méthode permettant d'obtenir en temps réel la teneur en phosphates dans les eaux usées et de pallier les inconvénients décrits ci-15 dessus. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention concerne une méthode d'estimation de la teneur en phosphates [P-P043-] dans un effluent d'eaux usées comprenant les étapes suivantes: 20 (a) mesurer en ligne la teneur en ammonium [N-NH4] dans ledit effluent ; (b) calculer la teneur en phosphates [P-P043-] à partir de la teneur mesurée en ammonium d'après la fonction [P-P043]=f[N-NH4], ladite fonction répondant à l'équation d'une droite [P-P043]=a [N-NH4] + b dans laquelle les valeurs des variables a et b ont été au préalable déterminées. 25 La présente invention concerne également une méthode d'optimisation du traitement du phosphore dans les eaux usées comprenant les étapes suivantes: (a) estimer la teneur en phosphates [P-P043] dans les eaux usées selon une méthode telle que décrite ci-dessus et ci-dessous ; (b) réguler la concentration en agents coagulants injectés dans les eaux usées en 30 fonction de la teneur estimée en phosphates [P-P043]; et/ou (c) réguler les paramètres de recirculation des boues en fonction de la teneur estimée en phosphates [P-P043-].The physico-chemical treatment of phosphorus consists, in turn, in precipitating dissolved phosphorus in particulate form by the addition of coagulating reagents, such as iron or aluminum-based reagents. Although highly efficient (up to 95% efficiency depending on the molar ratio of coagulating reagents / phosphorus to be precipitated), this physico-chemical dephosphating process has the major disadvantage of being expensive (costs of the reagents, treatment costs of sludge produced with sludge overproduction of the order of 20%). Both treatment routes can be combined to take advantage of the two pathways in terms of treatment efficiency, sludge production, reagent consumption, etc. In recent years, in an effort to reduce the operating costs generated by the physicochemical phosphorus treatment processes, controllers for regulating the injection of treatment reagents, such as coagulating reagents, have been deployed, leading to in parallel, the development of instruments for measuring pollutant content in wastewater. On-line measuring instruments for pollutants dissolved in wastewater are of two types: physico-chemical analyzers and measurement sensors (probes). On-line physico-chemical analyzers combine a sampling device, a filtration and / or dilution cell in the same measuring equipment to ensure the representativeness of the sample and guarantee results without disturbances or errors. injection of physico-chemical reagents and a cell for measuring the physico-chemical reaction after a defined reaction time. Online phosphorus analyzers determine total phosphorus (P total) and phosphate or orthophosphate (P043-) concentrations by photometry, by measuring, in an acid medium, the reaction of phosphorus with molybdenum blue or vanadate-molybdate. The ranges of measurement range from 0.05 to 35 mg / L of P-P043- and from 0.01 to 100 mg / L P-total, with variable measuring cycles of 5 to 60 min. This type of measuring instrument has major disadvantages. Beyond investment and operating costs (maintenance, reagents, etc.), online analyzers are not suitable for accepting other matrices than the interstitial fluid of activated sludge (after filtration) or water treated waste. In addition, sampling and sample preparation are delicate steps that can lead to errors and disruption of results. The measurement cycles, although variable, are moreover conditioned by the response time of the colorimetric reaction and the photometric measurement which may be more or less long. Thus, such analyzers do not make it possible to truly obtain a continuous and real-time measurement of the phosphate concentration. The obtaining of such a measure remains a real challenge since it would make it possible to quickly adapt the phosphorus treatment conditions according to the phosphate content in the wastewater (eg concentration of coagulating reagents) and in the long term would ensure more economical operation of wastewater treatment plants. The second category of measuring instruments - the on-line measuring sensors - does not require a sampling step, sample preparation or chemical reactions. The probes are immersed in wastewater or activated sludge (directly or via a bypass of the flow) and directly measure the concentration of pollutants in the environment. They are thus more economical, especially with regard to maintenance costs and reagents, and are able to be installed in matrices more loaded than treated water, such as pre-treated wastewater. In-line phosphorus sensors are unfortunately not available on the market for both Ptotal and P043- concentration measurements. A need therefore exists for the development of a method making it possible to obtain, in real time, the phosphate content in the wastewater and to overcome the disadvantages described above. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for estimating the content of phosphates [P-P043-] in a wastewater effluent comprising the following steps: (a) online measurement of the ammonium content [ N-NH4] in said effluent; (b) calculating the content of phosphates [P-P043-] from the measured ammonium content according to the function [P-P043] = f [N-NH4], said function satisfying the equation of a right [P-P043] = a [N-NH4] + b in which the values of variables a and b have been previously determined. The present invention also relates to a method for optimizing the treatment of phosphorus in wastewater comprising the steps of: (a) estimating the content of phosphates [P-P043] in the wastewater according to a method as described above and below; (b) regulating the concentration of coagulants injected into the wastewater according to the estimated phosphate content [P-P043]; and / or (c) regulate sludge recirculation parameters as a function of the estimated phosphate content [P-P043-].
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 représente la corrélation linéaire entre la teneur en phosphates et la teneur en ammonium des eaux usées. Elle présente également les limites de confiance inférieures et supérieures pour un intervalle de confiance de 95%. DEFINITIONS Dans la description de la présente invention, la concentration en phosphates est exprimée en unité P-P043- (mg/L) signifiant phosphore sous la forme de phosphates.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 represents the linear correlation between the phosphate content and the ammonium content of the wastewater. It also presents the lower and upper confidence limits for a 95% confidence interval. DEFINITIONS In the description of the present invention, the phosphate concentration is expressed in units P-P043- (mg / L), meaning phosphorus in the form of phosphates.
Dans la description de la présente invention, la concentration en ammonium est exprimée en unité N-NH4+ (mg/L) signifiant azote sous forme la forme d'ammonium. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Pour pallier les inconvénients liés à l'utilisation des analyseurs physico-chimiques et apporter une solution simple et efficace de mesure en continu de la teneur en phosphates, les inventeurs ont développé une méthode permettant d'évaluer la teneur en phosphates des eaux usées telles que les eaux usées urbaines ou industrielles. La méthode proposée permet d'évaluer la teneur en phosphates en temps réel. Elle permet également d'évaluer la teneur en phosphates en continu, si un tel mode de détermination est désiré.In the description of the present invention, the ammonium concentration is expressed in N-NH4 + unit (mg / L) meaning nitrogen in the form of ammonium. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In order to overcome the drawbacks associated with the use of physico-chemical analyzers and to provide a simple and effective solution for continuous measurement of the phosphate content, the inventors have developed a method for evaluating the content of phosphates. wastewater phosphates such as urban or industrial wastewater. The proposed method makes it possible to evaluate the phosphate content in real time. It also makes it possible to evaluate the phosphate content continuously, if such a mode of determination is desired.
La méthode proposée permet d'optimiser le traitement du phosphore par voie biologique et/ou physico-chimique, contribuant ainsi à un fonctionnement plus économique des installations de traitement des eaux usées. L'estimation en temps réel de la teneur en phosphates des eaux usées permet d'adapter rapidement le traitement du phosphore et ainsi de s'adapter aux qualités des eaux usées qui peuvent varier rapidement.The proposed method makes it possible to optimize phosphorus treatment by biological and / or physico-chemical means, thus contributing to a more economical operation of the wastewater treatment installations. The real-time estimation of the phosphate content of the wastewater makes it possible to quickly adapt the phosphorus treatment and thus to adapt to the qualities of the wastewater which can vary rapidly.
La méthode d'estimation de la teneur en phosphates [P-P043-] dans un effluent d'eaux usées selon la présente invention comprend les étapes suivantes : (a) mesurer en ligne la teneur en ammonium [N-NH4] des eaux usées dans ledit effluent; (b) calculer la teneur en phosphates [P-P043-] à partir de la teneur mesurée en ammonium selon la fonction [P-P043-] = f[N-NH4] répondant à l'équation d'une droite [P-P043-] = a [N-N1-14] + b dans laquelle les valeurs des variables a et b ont été au préalable déterminées.The method for estimating the content of phosphates [P-P043-] in a wastewater effluent according to the present invention comprises the following steps: (a) measuring on-line the ammonium [N-NH4] content of the wastewater in said effluent; (b) calculating the content of phosphates [P-P043-] from the measured ammonium content according to the function [P-P043-] = f [N-NH4] corresponding to the equation of a line [P-43]; P043-] = a [N-N1-14] + b in which the values of variables a and b have been previously determined.
Les valeurs des variables a et b dans l'équation [P-P043-] = a [N-NH4] + b peuvent être préalablement déterminées de la manière suivante : (i) prélever plusieurs échantillons d'eaux usées dans ledit effluent ; (ii) mesurer la concentration effective en ammonium [N-NH4] et en phosphates [P- P043-] dans lesdits échantillons ; (iii) déterminer l'équation de la droite de régression [P-P043-] = a [N-NH4] + b exprimant la teneur en phosphates en fonction de la teneur en ammonium par la méthode des moindres carrés pour obtenir les valeurs des variables a et b.The values of variables a and b in the equation [P-P043-] = a [N-NH4] + b can be determined in advance as follows: (i) taking several samples of wastewater in said effluent; (ii) measuring the effective concentration of ammonium [N-NH4] and phosphates [P-P043-] in said samples; (iii) determine the equation of the regression line [P-P043-] = a [N-NH4] + b expressing the phosphate content as a function of the ammonium content by the least squares method to obtain the values of the variables a and b.
Le prélèvement des échantillons d'eaux usées est typiquement réalisé en amont d'un bassin de traitement à boues activées, de préférence au niveau de son alimentation en eaux usées. Les différents échantillons d'eaux usées sont de préférence prélevés à différents instants t, tels que par exemple à différents moments d'une même journée de manière à permettre une caractérisation des eaux usées au fil de celle-ci. Le nombre d'échantillons à prélever sera ainsi choisi de manière à obtenir une bonne représentation des variations possibles des concentrations en ammonium [N-NH4] et en phosphates [P-P043-] au cours d'une journée. La mesure des concentrations effectives (concentrations réelles ou mesurées) en ammonium [N-NH4] et en phosphates [P-P043-] dans les échantillons prélevés est réalisée selon des méthodes bien connues de l'homme du métier. Ainsi, les concentrations effectives en ammonium [N-NH4] et en phosphates [P-P043-] peuvent être déterminées selon les méthodes AFNOR de référence, telles que NF T 90-015-2, méthode spectrophotométrique au bleu d'indophénol ou au réactif de Nessler, qui permet de doser l'ammonium ou NF EN ISO 6878 (Classement NF T 90-023), méthode spectrophotométrique au molybdate d'ammonium, ou au moyen de kits d'analyse développés sur la base des méthodes AFNOR tel que les kits LCK d'Hach Lange (méthode spectrophotométrique). Un graphique représentant la concentration mesurée (concentration effective) en phosphates [P-P043-] en fonction de la concentration mesurée (concentration effective) en ammonium [NNH4+] peut être réalisé. A partir de ce graphique, l'équation de la droite de régression [P-P043- = a [N-NH4] + b exprimant la teneur en phosphates en fonction de la teneur en ammonium peut être déterminée. Les valeurs des variables a et b sont alors obtenues. Le principe de la méthode d'estimation selon la présente invention repose sur la corrélation linéaire mise en évidence par les inventeurs entre la teneur en ammonium [N-NH4] et la teneur en phosphates [P-P043-] des eaux usées. En effet, les inventeurs ont découvert que la teneur en phosphates [P-P043-] dans les eaux usées (eaux brutes) évolue proportionnellement à la teneur en ammonium [N-NH4], répondant ainsi à une fonction dont l'équation permet de définir la teneur en phosphates [P-P043-] à partir de la teneur en ammonium [N-NH4]. La figure 1, obtenue à partir de mesures sur des échantillons instantanés, illustre la corrélation entre la teneur en phosphates et la teneur en ammonium des eaux usées (eaux brutes). La fonction [P-P043] = f[N-NH4] répond à l'équation d'une droite. La teneur en ammonium est typiquement mesurée au moyen d'une sonde comprenant une électrode à sélectivité ionique NH4. Une telle sonde est simple à mettre en oeuvre et peu onéreuse. Elle présente également l'avantage de transmettre des valeurs de mesure instantanées. Des exemples de sonde pouvant convenir incluent les sondes ISE NH4D SC commercialisées par la société Hach Lange ou les sondes VARION Plus commercialisées par la société VVTVV. Les sondes VARION Plus permettent de mesurer en continu la concentration en ions ammonium avec compensation directe des ions perturbateurs potassium par mesure sélective. Ces sondes peuvent être combinées à des capteurs tels que des capteurs nitrates ou oxygène. La gamme de mesure est de 0,1 à 1000 mg/L de N-NH4. La sonde ISE NH4D SC commercialisée par Hach Lange comprend une électrode sélective NH4, une électrode de référence et une électrode compensatrice par rapport aux ions K+. Sa 20 gamme de mesure est de 0,2 à 1000 mg/L de N-NH4, pour un temps de réponse de moins de 1 min. Idéalement, la sonde comprenant une électrode à sélectivité ionique NH4 + est placée au niveau de l'alimentation en eaux usées du bassin à boues activées. La mesure est donc réalisée en amont du bassin à boues activées. De préférence, les eaux usées sont des eaux 25 usées prétraitées, telles que prétraitées par dégrillage, dessablage, dégraissage et/ou décantation. La mesure de la teneur en ammonium peut se faire directement dans le canal d'eaux usées alimentant le bassin à boues activées. La sonde est alors directement plongée dans les eaux usées, de préférence prétraitées. De manière alternative, la mesure peut se faire après une 30 dérivation du canal. Cette dérivation peut être équipée d'un système de décantation/prétraitement pour les eaux les plus chargées ou colmatantes. Une telle dérivation peut permettre de protéger la sonde, en particulier si les eaux alimentant le bassin à boues activées ne sont pas prétraitées.Collection of wastewater samples is typically performed upstream of an activated sludge treatment pond, preferably at its wastewater supply. The different samples of wastewater are preferably taken at different times t, such as for example at different times of the same day so as to allow a characterization of the wastewater over it. The number of samples to be taken will thus be chosen so as to obtain a good representation of the possible variations of ammonium [N-NH4] and phosphate [P-P043-] concentrations during one day. The measurement of the actual concentrations (actual or measured concentrations) of ammonium [N-NH4] and of phosphates [P-P043-] in the samples taken is carried out according to methods well known to those skilled in the art. Thus, the effective concentrations of ammonium [N-NH4] and of phosphates [P-P043-] can be determined according to the AFNOR reference methods, such as NF T 90-015-2, spectrophotometric method with indophenol blue or with Nessler reagent, which allows determination of ammonium or NF EN ISO 6878 (NF T 90-023 classification), spectrophotometric method with ammonium molybdate, or by means of test kits developed on the basis of AFNOR methods such as Hach Lange's LCK kits (spectrophotometric method). A graph showing the measured concentration (effective concentration) of phosphates [P-P043-] as a function of the measured concentration (effective concentration) of ammonium [NNH4 +] can be realized. From this graph, the equation of the regression line [P-P043- = a [N-NH4] + b expressing the phosphate content as a function of the ammonium content can be determined. The values of the variables a and b are then obtained. The principle of the estimation method according to the present invention is based on the linear correlation demonstrated by the inventors between the ammonium content [N-NH4] and the phosphate content [P-P043-] of the wastewater. Indeed, the inventors have discovered that the content of phosphates [P-P043-] in the wastewater (raw water) changes proportionally to the ammonium content [N-NH4], thus fulfilling a function whose equation allows define the phosphate content [P-P043-] from the ammonium content [N-NH4]. Figure 1, obtained from measurements on instantaneous samples, illustrates the correlation between the phosphate content and the ammonium content of the waste water (raw water). The function [P-P043] = f [N-NH4] responds to the equation of a straight line. The ammonium content is typically measured by means of a probe comprising an NH4 ion selective electrode. Such a probe is simple to implement and inexpensive. It also has the advantage of transmitting instantaneous measurement values. Examples of suitable probes include the ISE NH4D SC probes marketed by Hach Lange or the VARION Plus probes marketed by the company VVTVV. VARION Plus probes enable continuous measurement of the ammonium ion concentration with direct compensation of potassium-disrupting ions by selective measurement. These probes can be combined with sensors such as nitrate or oxygen sensors. The measuring range is 0.1 to 1000 mg / L of N-NH4. The ISE NH4D SC probe marketed by Hach Lange comprises an NH4 selective electrode, a reference electrode and a compensating electrode with respect to the K + ions. Its range of measurement is from 0.2 to 1000 mg / L of N-NH4, for a response time of less than 1 min. Ideally, the probe comprising an ion selective electrode NH4 + is placed at the feedwater level of the activated sludge basin. The measurement is therefore carried out upstream of the activated sludge basin. Preferably, the wastewater is pretreated wastewater, as pretreated by screening, sandblasting, degreasing and / or decanting. Ammonium content can be measured directly in the wastewater channel feeding the activated sludge basin. The probe is then directly immersed in the wastewater, preferably pre-treated. Alternatively, the measurement can be done after a derivation of the channel. This bypass can be equipped with a settling / pretreatment system for the most charged or clogging waters. Such a bypass can protect the probe, especially if the waters feeding the activated sludge basin are not pre-treated.
La sonde comprenant une électrode à sélectivité ionique NH4 + peut être reliée à une interface utilisateur permettant l'affichage de la teneur mesurée en ammonium [N-NH4]. La teneur en phosphates [P-P043] est calculée à partir de la teneur mesurée en ammonium selon la formule suivante : [P-P043] = a [N-NH4] + b. Le calcul peut être réalisé au moyen d'un système automatisé d'intégration et de conversion de données. Le système automatisé d'intégration et de conversion de données peut être l'automate permettant de gérer dans son ensemble la station de traitement des eaux usées ou il peut être un automate indépendant de cet automate. Généralement, le choix de l'automate dépend de la configuration de la station de traitement des eaux usées. La sonde comprenant une électrode à sélectivité ionique NH4 + est ainsi reliée au système automatisé d'intégration et de conversion de données. La teneur mesurée en ammonium transmise au système permet le calcul de la teneur en phosphates [P-P043] à partir de la teneur en ammonium [N-NH4]. En effet, une boucle de calcul est insérée dans l'automate pour permettre la conversion. La conversion de la valeur étant instantanée, le pas de temps du système n'est limité que par le temps de réponse de la sonde ammonium (< 1 min). Ainsi la teneur en phosphates peut être calculée aussi fréquemment que le nécessite l'exploitation de la station d'épuration. Le système automatisé d'intégration et de conversion de données peut inclure ou être relié à une interface utilisateur permettant d'afficher la teneur estimée en phosphates [P-P043-] et/ou la teneur mesurée en en ammonium [N-NH4]. L'interface utilisateur peut ainsi permettre de suivre en continu les teneurs en phosphates [P-P043-] et/ou ammonium [N-NH4] dans les eaux usées et de consulter des historiques journaliers, mensuels et annuels des concentrations, facilitant ainsi l'exploitation de la station d'épuration.The probe comprising an NH4 + ion selective electrode can be connected to a user interface for displaying the measured [N-NH4] ammonium content. The phosphate content [P-P043] is calculated from the measured ammonium content according to the following formula: [P-P043] = a [N-NH4] + b. The calculation can be done by means of an automated system of integration and data conversion. The automated data integration and conversion system can be the controller for managing the wastewater treatment plant as a whole or it can be a PLC independent of this automaton. Generally, the choice of the PLC depends on the configuration of the wastewater treatment plant. The probe comprising an ion selective electrode NH4 + is thus connected to the automated data integration and conversion system. The measured ammonium content transmitted to the system allows the calculation of the phosphate content [P-P043] from the ammonium content [N-NH4]. Indeed, a computation loop is inserted in the automaton to allow the conversion. As the conversion of the value is instantaneous, the time step of the system is limited only by the response time of the ammonium probe (<1 min). Thus the phosphate content can be calculated as frequently as the operation of the treatment plant requires. The automated data integration and conversion system may include or be connected to a user interface for displaying the estimated phosphate content [P-P043-] and / or the measured ammonium content [N-NH4]. The user interface can thus be used to continuously monitor the levels of phosphates [P-P043-] and / or ammonium [N-NH4] in wastewater and to consult daily, monthly and annual concentration histories, thus facilitating the operation of the treatment plant.
La méthode proposée présente une série d'avantages au regard des analyseurs en ligne existants : mesure de la concentration et du flux instantanés de phosphates, mesure directement dans l'effluent, simplicité de la mesure, instantanéité de la mesure, souplesse d'exploitation et facilité de maintenance.The proposed method has a number of advantages over existing online analyzers: measuring instantaneous concentration and flux of phosphates, measurement directly in the effluent, simplicity of measurement, instantaneous measurement, flexibility of operation and ease of maintenance.
Cette méthode offre par ailleurs la possibilité d'automatiser le traitement du phosphore pour une gestion optimisée des stations d'épuration.This method also offers the possibility of automating phosphorus treatment for optimized treatment plant management.
Ainsi, dans un autre aspect, la présente invention concerne une méthode d'optimisation du traitement du phosphore dans les eaux usées comprenant les étapes suivantes: (a) estimer la teneur en phosphates [P-P043] dans les eaux usées selon la méthode décrite ci-dessus ; (b) réguler la concentration en agents coagulants injectés dans les eaux usées en fonction de la teneur estimée en phosphates [P-P043] ; et/ou (c) réguler les paramètres de recirculation des boues en fonction de la teneur estimée en phosphates [P-P043].Thus, in another aspect, the present invention relates to a method of optimizing the treatment of phosphorus in wastewater comprising the steps of: (a) estimating the content of phosphates [P-P043] in the wastewater according to the described method above; (b) regulating the concentration of coagulants injected into the wastewater according to the estimated phosphate content [P-P043]; and / or (c) regulate sludge recirculation parameters as a function of the estimated phosphate content [P-P043].
La régulation de la concentration en agents coagulants injectés dans les eaux usées en fonction de la teneur estimée en phosphates peut être réalisée au moyen d'un ou plusieurs injecteurs servant à injecter les agents coagulants dans les eaux usées. Ainsi, le système automatisé d'intégration et de conversion de données peut être relié à un ou plusieurs injecteurs et leur transmettre des données en temps réel.The regulation of the concentration of coagulant agents injected into the wastewater according to the estimated content of phosphates can be achieved by means of one or more injectors for injecting the coagulating agents into the wastewater. Thus, the automated data integration and conversion system can be connected to one or more injectors and transmit data to them in real time.
La régulation de la concentration en agents coagulants peut consister en une diminution de la concentration en agents coagulants injectés lorsque la teneur estimée en phosphates est inférieure à une valeur seuil prédéterminée ou en dehors d'une plage de valeurs prédéterminées, voire même à un arrêt de l'injection d'agents coagulants. De manière alternative, la régulation de la concentration en agents coagulants peut consister en une augmentation de la concentration en agents coagulants injectés lorsque la concentration estimée en phosphates est supérieure à une valeur seuil prédéterminée ou en dehors d'une plage de valeurs prédéterminées ou peut consister en une reprise de l'injection d'agents coagulants. Par exemple, la régulation de la concentration en agents coagulants, tels que FeCI3 ou Al2(SO4)3, peut consister en une augmentation ou en une diminution de la concentration en agents coagulants injectés de manière à ce que le ratio [Fe]/[P] ou [Al]/[P] soit inférieur ou égal à 1, tel que allant de 0 à 1. La régulation des paramètres de recirculation des boues peut consister en une augmentation de la recirculation des boues dans le bassin à boues activées en fonction de la teneur estimée en phosphates [P-P043]. En particulier, si la méthode d'estimation de la teneur en phosphates selon la présente invention met en évidence une augmentation de la concentration en phosphates dans les eaux usées, la recirculation des boues dans le bassin peut être augmentée.The regulation of the concentration of coagulants may consist of a reduction in the concentration of injected coagulants when the estimated phosphate content is below a predetermined threshold value or outside a predetermined range of values, or even at a standstill. injection of coagulating agents. Alternatively, the regulation of the concentration of coagulants may consist of an increase in the concentration of coagulants injected when the estimated phosphate concentration is greater than a predetermined threshold value or outside a predetermined range of values or may consist in one resumption of the injection of coagulating agents. For example, the regulation of the concentration of coagulants, such as FeCl3 or Al2 (SO4) 3, may consist of an increase or a decrease in the concentration of coagulants injected so that the ratio [Fe] / [ P] or [Al] / [P] is less than or equal to 1, such as from 0 to 1. The regulation of the sludge recirculation parameters may consist of an increase in sludge recirculation in the activated sludge basin. according to the estimated content of phosphates [P-P043]. In particular, if the method for estimating the phosphate content according to the present invention shows an increase in the concentration of phosphates in the wastewater, sludge recirculation in the basin can be increased.
Dans une telle méthode, le suivi en continu de la teneur en phosphates permet de piloter les procédés de traitement du phosphore au plus près de la teneur en phosphates à précipiter (ex. ajout d'un coagulant, paramètre de recirculation des boues, ...) et ainsi faire des économies de réactifs et limiter la production de boues.In such a method, the continuous monitoring of the phosphate content makes it possible to control the phosphorus treatment processes as close as possible to the content of phosphates to be precipitated (eg addition of a coagulant, sludge recirculation parameter, etc.). .) and thus make savings of reagents and limit the production of sludge.
EXEMPLES Détermination de l'équation de la droite de corrélation Type d'eaux usées : résiduaires urbaines (100% domestique) Prétraitements : dégrillage, dégraissage et dessablage Des échantillons instantanés d'eaux brutes prétraitées sont prélevés. La teneur en N-NH4+ et P-P043- (mg/L) des différents échantillons prélevés est mesurée en laboratoire par microméthode au moyen de kits LCK d'Hach Lange et lecture au spectrophotomètre DR2800 d'Hach Lange. Les concentrations en N-NH4+ et P-P043- mesurées sont ensuite reportées respectivement en abscisse et en ordonnée pour obtenir le graphe représenté à la figure 1. A partir de ce graphe, l'équation de la droite permettant d'estimer la teneur en phosphates en fonction de la teneur mesurée en ammonium est déterminée : [P-P043-] =0,12 [N-NH4]. Le coefficient de corrélation R2 est de 0.97. Afin de vérifier que, pour une même série d'échantillons, la teneur en phosphates estimée selon la méthode de la présente invention correspond à la teneur effective en phosphates mesurées dans ces échantillons, des analyses ont été conduites en parallèle : - Estimation de la teneur en phosphates des échantillons selon la méthode de la présente invention au moyen d'une sonde Hach Lange ISE NHD SC installée dans l'alimentation en eau brute prétraitée du bassin d'aération ; - Mesure de la teneur effective en phosphates de ces mêmes échantillons au moyen d'un kit Hach Lange LCK 350 (méthode utilisant le bleu de phosphomolybdène conformément à la norme EN 1189).EXAMPLES Determination of the equation of the correlation line Type of wastewater: urban waste (100% domestic) Pretreatments: screening, degreasing and grit removal Instant samples of pre-treated raw water are taken. The N-NH4 + and P-P043- (mg / L) content of the various samples taken is measured in the laboratory by micromethod using Hach Lange LCK kits and read by Hach Lange spectrophotometer DR2800. The concentrations of N-NH4 + and P-PO43- measured are then plotted respectively on the abscissa and on the ordinate to obtain the graph shown in FIG. 1. From this graph, the equation of the line making it possible to estimate the content of phosphates as a function of the measured ammonium content is determined: [P-P043-] = 0.12 [N-NH4]. The correlation coefficient R2 is 0.97. In order to verify that, for the same series of samples, the phosphate content estimated according to the method of the present invention corresponds to the actual content of phosphates measured in these samples, analyzes were carried out in parallel: - Estimation of the content in phosphates samples according to the method of the present invention by means of a Hach Lange ISE NHD SC probe installed in the pretreated raw water supply of the aeration basin; - Measurement of the actual phosphate content of these samples using a Hach Lange LCK 350 kit (method using phosphomolybdenum blue according to EN 1189).
Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous. Ils confirment que la méthode selon la présente invention permet d'estimer la concentration en phosphate de manière adaptée. Prélèvements N-NH4 [mg/L] Sonde P-PO4 [mg/L] Calcul y = ax + b avec a = 0,12, b = 0 P-PO4 [mg/L] Laboratoire Ecart en valeur absolue [mg/L] J Prélèvement 1 108,2 13,0 12,1 0,88 Prélèvement 2 104,6 12,6 12,2 0,35 Prélèvement 3 69,4 8,3 8,4 0,07 J+1 Prélèvement 1 91,5 11,0 11,6 0,62 Prélèvement 2 94,0 11,3 12,3 1,02 Prélèvement 3 78,4 9,4 8,3 1,11 J+16 Prélèvement 1 67,6 8,1 8,1 0,05 Prélèvement 2 63,0 7,6 7,9 0,36 Prélèvement 3 63,6 7,6 7,3 0,31 Prélèvement 4 67,2 8,1 8,8 0,74 Ecart moyen [mg/L] 0,50 10The results are shown in the table below. They confirm that the method according to the present invention makes it possible to estimate the phosphate concentration in a suitable manner. Samples N-NH4 [mg / L] Probe P-PO4 [mg / L] Calculation y = ax + b with a = 0.12, b = 0 P-PO4 [mg / L] Laboratory Difference in absolute value [mg / L] L] J Sampling 1 108.2 13.0 12.1 0.88 Sampling 2 104.6 12.6 12.2 0.35 Sampling 3 69.4 8.3 8.4 0.07 D + 1 Sampling 1 91.5 11.0 11.6 0.62 Sampling 2 94.0 11.3 12.3 1.02 Sampling 3 78.4 9.4 8.3 1.11 J + 16 Sampling 1 67.6 8, 1 8.1 0.05 Sampling 2 63.0 7.6 7.9 0.36 Sampling 3 63.6 7.6 7.3 0.31 Sampling 4 67.2 8.1 8.8 0.74 Gap average [mg / L] 0.50 10
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