WO2001042146A1 - Procede et dispositif de traitement d'une eau par oxygenation - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de traitement d'une eau comprenant différents composés oxydables à traiter dans lequel on injecte dans ladite eau un gaz contenant de l'oxygène de manière à oxyder lesdits composés oxydables. Le gaz contenant de l'oxygène peut être un premier gaz contenant de 21 à 100 % d'oxygène ou un second gaz contenant de 21 à 100 % d'oxygène différent du premier gaz, le choix de l'injection de l'un ou l'autre de ces gaz contenant de l'oxygène s'effectuant à chaque moment en fonction du coût de l'oxygène transféré et de la quantité d'oxygène nécessaire au traitement de l'eau.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'UNE EAU PAR

OXYGENATION

La présente invention concerne un procédé de traitement d'une eau par oxygénation. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de traitement d'une eau comprenant entre autres différents composés oxydables à traiter, procédé dans lequel on injecte dans la dite eau un gaz contenant ^'de l'oxygène de manière à oxyder les dits composés oxydables .

Le traitement d'une eau selon l'invention s'applique de manière plus générale à tout type d'eau dans laquelle on souhaite procéder à un apport en oxygène, quelque soit son origine et quelque soit son utilisation ultérieure.

On peut faire appel au traitement d'une eau par oxygénation pour répondre à différents besoins. Il peut s'agir d'un besoin d'augmentation de la teneur en oxygène pour permettre , par exemple, la vie d'espèces animales ; il s'agira plus fréquemment de traiter des composés oxydables indésirables dans une eau .

Le procédé selon l'invention sera plus particulièrement décrit dans son application au traitement de la pollution par boues activées, et ceci, afin de faciliter la compréhension du procédé .11 est bien évident que sa transposition à tout autre traitement d'une eau par oxygénation est comprise dans l'invention.

Parmi les eaux à traiter, on trouve en premier lieu les effluents liquides issus de communautés urbaines ou de sites industriels qui sont soumis à des normes environnementales de plus en plus strictes, lesquelles normes concernent notamment les pollutions carbonée, azotée et phosphorée. La répartition des différents composés oxydables au sein de l'eau à traiter y varie en fonction de facteurs divers, parmi lesquels on peut citer entre autres la provenance de l'eau à traiter, le volume de l'eau à traiter, la périodicité de certains types de rejets, l'influence des conditions météorologiques.

Les filières classiques d'élimination de cette pollution comportent entre autres des étapes de traitement physico-chimique et biologique notamment par boues activées. Le principe du traitement biologique par boues activées est de maintenir une activité satisfaisante de microorganismes divers en leur fournissant tous les éléments nécessaires à leur croissance afin qu'ils dégradent la pollution.

On distingue plusieurs sortes de bactéries évoluant dans des conditions différentes et réalisant des transformations de la matière distinctes impliquant des réactions d'oxydoréduction, parmi lesquelles on peut citer notamment:

- les bactéries aérobies, lesquelles ont absolument besoin d'oxygène dissous libre pour se développer et oxyder la matière organique - les bactéries anoxiques qui utilisent l'oxygène combiné à d'autres composés tels les nitrates, qu'elles réduisent.

- les bactéries anaérobies qui quant à elles se développent en l'absence totale d'oxygène (ni dissous, ni combiné).

L'exemple développé ici, du traitement biologique d'une eau par boues activées, permet de mettre en évidence l'existence de besoins permanents ou temporaires du système en fonction des types de transformation de la matière qui sont mis en œuvre et/ou d'étapes particulières du dit traitement.

On définit donc, ici dans le cadre particulier du traitement biologique d'une eau par boues activées- mais on définirait selon le même principe, de façon plus large, dans tous types de traitement présentant des étapes d'oxygénation - une ou plusieurs phases au sein d'un même procédé qui diffèrent par leurs conditions d'oxygénation .

Ainsi, l'élimination du carbone peut se faire de façon aérobie ou anaérobie. L'élimination de l'azote se fait en deux temps et en un ou plusieurs bassins: nitrification en phase aérobie et dénitrification en phase anoxique.

Quant à la déphosphatation biologique, elle est réalisée par une alternance de phases aérobies et anaérobies.

Dans le cas de processus aérobies, les besoins en oxygène dissous des bactéries sont composés de : - la respiration endogène : ce sont les besoins relatifs à la survie des bactéries, à leur mouvement. La quantité d'oxygène nécessaire y est proportionnelle à la masse de bactéries présentes dans le bassin et est indépendante de la pollution. - la respiration exogène qui sert à couvrir les besoins énergétiques pour la dégradation de la pollution. La quantité d'oxygène nécessaire est proportionnelle à la quantité de pollution dégradée.

La quantité d'oxygène à transférer dans le bassin de traitement lors d'un processus aérobie doit donc couvrir à chaque instant ces deux types de besoins : elle doit fournir la quantité d'oxygène nécessaire pour permettre la respiration endogène (cette quantité minimale d'oxygène est appelée le « talon minimum ») et doit en outre être adaptée aux variations de la charge polluante à traiter.

Les principaux termes utilisés dans la description sont précisés ci- après, avec le sens qui leur sera donné :

On entend, classiquement, par oxygène dissous l'oxygène formant avec l'eau un mélange homogène.

De manière connue, la teneur en oxygène utilisable dans le milieu est notamment déterminée par la mesure de l'oxygène dissous et/ ou du potentiel d'oxydoréduction qui seront appelés « paramètres caractéristiques de l'état de l'oxygénation de l'eau ».

On entend par oxygène disponible (dans un fluide) la quantité d'oxygène pouvant être mise à disposition par le dit fluide en fonction de sa teneur. Le coût de l'oxygène disponible est donc celui du gaz contenant l'oxygène affecté d'un coefficient lié à la teneur en oxygène du dit gaz.

On entend par quantité d'oxygène nécessaire pour traiter un mètre cube (M³) d'eau la quantité d'oxygène disponible à fournir pour mettre en œuvre le traitement à appliquer au moment considéré. On entend par rendement d'oxygénation le pourcentage de la masse d'oxygène effectivement dissous par rapport à la masse d'oxygène transférée dans le milieu (elle-même fonction de l'oxygène disponible et de l'appareil d'oxygénation mis en œuvre).

Différents types d'appareils sont disponibles sur le marché pour transférer l'oxygène à l'eau; ils seront nommés dans la suite de la description par le terme général d'appareils d'oxygénation. Certains de ces appareils d'oxygénation fonctionnent par simple commande marche- arrêt ; ils seront dits appareils par tout ou rien. D'autres injectent des débits variables de gaz, ils seront dits systèmes modulants.

On citera notamment les appareils à jet liquide qui peuvent être alimentés en gaz plus ou moins riches en oxygène. Ils sont à débit variable , assurent simultanément une fonction de brassage du milieu et peuvent être installés en surface ou en fond de bassin. Ce sont des systèmes modulants.

A côté de ces oxygénateurs, on peut encore trouver dans certaines installations des aérateurs, lesquels utilisent l'air environnant comme source d'oxygène pour l'eau à traiter. Ces systèmes peuvent être de surface type turbines ou brosses , ils transfèrent l'oxygène de l'air et assurent simultanément le brassage. Il n'y a pas de variation progressive du débit de gaz délivré au milieu ; ils sont dit appareils par tout ou rien. On peut aussi trouver des systèmes de fond de bassin à injection d'air, de type poreux par exemple, auxquels sont couplés des agitateurs fonctionnent avec une régulation du débit d'air ; ce sont aussi des systèmes modulants

Améliorer les traitements d'oxygénation d'une eau contenant des polluants à oxyder en adaptant les apports en oxygène à des besoins variables dans le temps d'une eau à traiter est une préoccupation constante de l'homme du métier. Ainsi, dans le cadre du traitement des eaux au sein d'une station d'épuration de nombreux auteurs se sont intéressés à la régulation de ces apports en oxygène en liaison avec un certain nombre de paramètres .

Il est par exemple connu de FR-2553752 un procédé de traitement des eaux usées par action de bactéries aérobies, procédé dans lequel l'apport d'oxygène est réalisé à partir de l'air, la régulation de l'aération s'effectuant en liaison avec le débit d'effluents à traiter. Selon l'invention, l'aération du milieu est assurée par un ou plusieurs aérateurs dont le démarrage s'effectue automatiquement selon le débit des eaux entrantes et dont le fonctionnement se prolonge selon une durée prédéterminée à l'issue de l'écoulement des eaux dans la cuve ; un fonctionnement minimal et intermittent de l'aération assurant la survie des bactéries aérobies présentes dans la cuve. L'objectif de l'inventeur est ici d'apporter une solution au problème posé par les variations importantes du débit des eaux usées à traiter provenant par exemple de gymnases, magasins et lieux publics ou similaires ceci dans le cadre des traitements biologiques de type aérobie. II est par ailleurs connu de US-A-5242592 un procédé de gestion des apports en oxygène dans un bassin lors d' un traitement de déphosphatation, les dits apports en oxygène étant dépendants de la concentration en phosphate et de la turbidité. Selon ce procédé, dans les conditions normales de fonctionnement, la phase aérobie est initiée pour une valeur seuil de la turbidité, toutefois, l'inventeur prévoit le démarrage automatique de la dite phase aérobie dès lors que la concentration en phosphates dépasse un seuil plafond, et ceci alors même que la turbidité n'a pas atteint son maximum afin d'arrêter la libération des phosphates.

Cependant, si ces auteurs proposent des modes de régulation des apports en oxygène lors de traitements par oxygénation d'une eau, leurs inventions ont cependant des champs d'application limités en ce sens qu'elles utilisent des dispositifs sommaires de régulation, adaptés à des installations d'une configuration donnée et non évolutive et répondant à des problèmes spécifiques liés à un type donné de traitement. Par exemple, dans le cas du brevet US-A-5242592 déjà cité, le traitement auquel s'applique l'invention est un traitement de déphosphatation à l'exclusion du traitement d' autres pollutions.

Or, si l'automatisation et l'optimisation de traitements spécifiques est d'un grand intérêt pour la dépollution des effluents, les installations de traitement sont de plus en plus souvent amenées à mettre en œuvre des traitements variables dans leur chronologie et parfois leur localisation au sein de l'installation.

Un problème qui se pose à l'industrie de traitement de l'eau par oxygénation est celui d'adopter une politique cohérente de fonctionnement de l'ensemble des différents appareils d'oxygénation présents dans l'eau à traiter, de manière suffisamment souple pour s'adapter à tout ajout ou toute suppression d'appareils au sein du bassin sans altérer aucunement la qualité du traitement .

Un autre problème qui se pose est celui de la prise en compte des coûts de fonctionnement relatifs des appareils en fonction de leur alimentation en fluides divers, et notamment en oxygène, lequel peut provenir de sources variées.

Ainsi, l'oxygène peut être de l'oxygène dit pur, c'est à dire de type notamment cryogénique (teneur en oxygène dans le mélange gazeux supérieure à 95%) ou fourni à partir de conteneurs isolés munis d'évaporateurs . L'oxygène peut aussi être l'un des constituants d'un mélange gazeux plus ou moins riche, ce sera par exemple de l'oxygène de type VSA (vacuum swing adsorber) dans lequel la proportion d'oxygène avoisine les 90%. L 'oxygène peut aussi par exemple provenir d'air ou d'air enrichi, donc à teneur en oxygène égale ou supérieure à 21 %.

Il peut donc être économiquement très intéressant pour l'homme du métier disposant de plusieurs sources de fluides à teneurs en oxygène différentes, de réaliser à tout moment et de manière automatique le transfert d'oxygène nécessaire dans le milieu au coût le plus bas, prenant en compte l'ensemble des coûts et des besoins de l'installation.

C'est l'objet de la présente invention que de proposer un procédé d'oxygénation d'une eau à partir de plusieurs sources de fluides à teneurs en oxygène différentes, réalisant à tout moment le transfert d'oxygène nécessaire dans le milieu au coût le plus bas, en apportant la quantité d'oxygène adéquate pour répondre au problème de pollution à résoudre. C'est un autre avantage du procédé selon l'invention que de proposer une optimisation de l'oxygénation d'une eau en fonction de coûts tarifaires de l'énergie .

C'est un autre avantage du procédé selon l'invention que de proposer à l'homme du métier un procédé d'oxygénation d'une eau s'adaptant aisément à toute évolution des appareils d'oxygénation tant en nombre qu'en type permettant d'opérer si nécessaire une modification des capacités d'oxygénation en ajoutant des moyens d'oxygénation à ceux déjà présents dans le bassin (ou en en supprimant) tout en conservant les mêmes objectifs d'efficacité et d'économie.

C'est encore un avantage du procédé selon l'invention que de permettre d'ajuster au mieux le fonctionnement des appareils pour répondre en temps réel aux besoins en oxygène de l'eau à traiter tels qu'ils sont définis par l'homme du métier. S'agissant selon l'exemple plus spécifiquement présenté dans la description de stations traitant la pollution par boues activées, l'homme du métier appliquera ainsi des traitements élaborés présentant notamment des séquençages au cours du temps. L'homme du métier ,en fonction de besoins mesurés du milieu à traiter, ou de contraintes autres qui lui sont imposées ou que lui -même définit pourra ainsi imposer à l'installation des séquences de nitrification- dénitrification ou de déphosphatation par exemple.

D'autres avantages du procédé et du dispositif selon l'invention apparaîtront lors de la description qui suit.

L'invention permet de résoudre notamment les problèmes posés.

Le procédé de traitement d'une eau selon l'invention est caractérisé en ce que le gaz contenant de l'oxygène peut être un premier gaz contenant de 21 à 100% d'oxygène ou un second gaz contenant de 21 à 100% d'oxygène différent du premier gaz et l'injection de l'un ou l'autre de ces gaz contenant de l'oxygène comportant les étapes suivantes :

1 ) Déterminer à chaque moment le coût le plus bas de l'énergie, 2) Déterminer à chaque moment le coût de l'oxygène disponible dans le premier et le second gaz,

3) Puis, calculer à partir de ces coûts, le coût de fonctionnement des appareils d'oxygénation présents dans l'eau à traiter pour le premier et le second gaz et le coût du mètre cube (M³) d'oxygène transféré par chacun desdits appareils,

4) Définir à chaque moment , à partir de mesures représentatives des paramètres caractéristiques de l'état de l'oxygénation de l'eau dans la dite eau et/ ou en fonction de la nature du procédé de traitement à appliquer, une variable V_M image de la quantité d'oxygène nécessaire pour traiter un M³ d'eau,

5) Comparer la dite variable V à une valeur prédéterminée V_P. Si V_M est supérieure à V_P, valider la demande en oxygène (V -V_P) et actionner l'appareil présentant le coût du mètre cube d'oxygène transféré le plus bas.

6) Lorsque V_M devient inférieure ou égale à Vp, interrompre le transfert d'oxygène.

Ce procédé s'applique à tout type de traitement par oxygénation d'une eau ; V_M est l'expression d'un besoin en oxygène de l'eau à traiter en fonction de la nature du traitement appliqué ou à appliquer ; dans le cas d'un traitement par boues activées, une valeur très faible de V_M, et notamment inférieure à une valeur Vp déterminée témoignera d'un besoin « négligeable » et exprimera par exemple le fait que le traitement appliqué ou à appliquer est au moment considéré dans une phase de type anoxique ou anaérobie. Le procédé selon l'invention présente l'avantage sur les procédés de l'art antérieur d'adapter judicieusement la source d'oxygène aux besoins de l'eau à traiter quelles que soient la succession des traitements et/ ou le cas échéant les variations en qualité ou en volume de la pollution à traiter ou toutes autres causes de changements des besoins en oxygène de l'eau à traiter auxquelles l'homme du métier aura à faire face, et cela, à tout moment. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de traitement d'une eau selon l'invention comporte en outre :

1 ) Créer, d'une part, à partir d'un signal source S représentatif de V_M et d'une consigne C représentative de Vp, un signal d'écart E représentatif de V_M-V_P et,

2) créer d'autre part, à partir de paramètres de configuration, une série de signaux de consigne comprenant au moins des signaux de consigne de priorité de fonctionnement.

3) Puis, créer, d'une part, à partir du signal d'écart E et de chacun des dits signaux de consigne de priorité de fonctionnement un signal de commande de démarrage ou d'arrêt d'appareil de commande par tout ou rien et/ ou ,

4) Créer, d'autre part, à partir du signal d'écart E et d'au moins un signal de consigne au moins un signal progressif de commande de moyen modulant.

Avantageusement, pour au moins un appareil de commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant, le signal de consigne appliqué au moyen modulant est le signal de consigne de priorité appliqué au dit appareil de commande par tout ou rien. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, pour au moins un appareil de commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant, le signal de consigne appliqué au moyen modulant est distinct du signal de consigne de priorité appliqué au dit appareil de commande par tout ou rien. Les consignes peuvent être modifiées en fonction de modifications du coût de l'énergie et/ou de modifications du coût de l'oxygène que l'on introduit dans le milieu.

De préférence, si la demande en oxygène persiste dans le temps, au moins un nouvel appareil dont le coût du mètre cube (M³) d'oxygène transféré est le deuxième plus bas se met en marche. Le procédé selon l'invention prend ainsi en compte de façon tout à fait avantageuse la persistance dans le temps du besoin en oxygène de l'eau à traiter.

Avantageusement, la variable V_M est « forcée » pour imposer des périodes pendant lesquelles on injecte le gaz contenant de l'oxygène et des périodes pendant lesquelles on arrête l'injection du gaz contenant l'oxygène indépendamment des mesures représentatives de l'oxygène disponible dans l'eau à traiter.

Le procédé selon l'invention permet ainsi de faire abstraction des mesures effectives réalisées et de « forcer » le fonctionnement des appareils; il peut trouver son application dans de nombreuses situations, permettant ainsi la prise en compte anticipée d'afflux massif de pollution, permettant de compenser le non fonctionnement de certains appareils ou toute autre situation à laquelle l'homme du métier pourra se trouver confronté. En particulier, l'eau contient des composés oxydables à traiter comprenant des polluants à base des éléments carbone, azote, phosphore.

L'eau à traiter peut être notamment un effiuent de station d'épuration .

Selon une application particulière du procédé de l'invention, l'eau à traiter contient des bactéries.

Plus particulièrement, l'eau à traiter contient des bactéries parmi lesquelles des bactéries de type aérobies, anaérobies et/ ou anoxiques.

De façon préférentielle, l'eau est soumise à un brassage et à une oxygénation minimale permanents de manière à maintenir actives les bactéries.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'un des gaz contenant de l'oxygène est de l'air.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'un des gaz contenant de l'oxygène a une teneur en oxygène de l'ordre de 90% ou plus.. De manière avantageuse, en cas de défaillance des moyens aptes à fournir les mesures représentatives des paramètres caractéristiques de l'état de l'oxygénation de l'eau, l'installation adopte un mode de fonctionnement de repli avec une oxygénation forcée, préservant notamment le milieu bactériologique.

Avantageusement, le bassin est divisé en zones dites zones d'influence dans lesquelles des traitements indépendants peuvent être appliqués.

En particulier, en cas de défaillance des moyens aptes à fournir les mesures représentatives des paramètres caractéristiques de l'état de l'oxygénation de l'eau dans une zone quelconque, les besoins en oxygénation seront déterminés à partir desdites mesures issues d'une zone adjacente du bassin.

Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un dispositif de traitement d'une eau comprenant différents composés oxydables à traiter dans lequel on injecte dans la dite eau un gaz contenant de l'oxygène , dispositif caractérisé en ce qu'il comprend :

- des moyens générateurs de gaz à teneurs en oxygène distinctes,

- des moyens de détermination du coût de l'énergie le plus bas,

- des moyens de détermination du coût de l'oxygène disponible dans chacun des gaz, - des moyens de détermination du coût de fonctionnement des appareils d'oxygénation présents dans l'eau à traiter pour chacun des gaz et du coût du mètre cube d'oxygène transféré par chacun des dits appareils, des moyens de détermination de la quantité d'oxygène nécessaire pour traiter l'eau, - des moyens de mise en route et d'arrêt du transfert d'oxygène, les dits moyens prenant en compte la quantité d'oxygène nécessaire et le coût de fonctionnement des appareils d'oxygénation.

En particulier, le dispositif selon l'invention comporte en outre : des moyens de traitement des mesures représentatives de l'oxygène disponible dans l'eau pour générer un signal source , un bloc primaire de régulation recevant le signal source et une consigne et délivrant en réponse un signal d'écart , des moyens d'introduction de paramètres de configuration créant une série de signaux de consigne de fonctionnement des appareils comprenant au moins des signaux de consigne de priorité de fonctionnement, un bloc de commande pour chacun des appareils, ou plusieurs appareils de même type , recevant le signal d'écart et le signal de consigne de priorité de fonctionnement et délivrant en réponse un signal de démarrage ou d'arrêt d'appareil de commande par tout ou rien, - un bloc secondaire de régulation pour chaque moyen modulant, ou plusieurs moyens modulants d'appareils de même type, délivrant en réponse un signal progressif de commande du moyen modulant.

Selon un dispositif particulier, pour au moins un appareil à commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant à commande progressive, le signal de consigne appliqué au bloc secondaire de régulation du moyen modulant est le signal de priorité de fonctionnement appliqué au bloc de commande .

Selon un autre dispositif, pour au moins un appareil à commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant à commande progressive, le signal de consigne appliqué au bloc secondaire de régulation du moyen modulant et qui est délivré par des moyens d'introduction de paramètres de configuration est distinct du signal de priorité de fonctionnement appliqué au bloc de commande .

L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés avec les figures 1 et 2 .

La figure 1 est un schéma blocs décrivant le procédé de traitement des eaux selon une version de l'invention dans laquelle les consignes de démarrage et de régulation sont communes. La figure 2 est un schéma blocs décrivant le procédé de traitement des eaux selon une version dans laquelle les consignes de démarrage et de régulation sont distinctes.

Le procédé schématisé figure 1 fonctionne de la manière suivante : L'unité de pilotage 1 est destinée à gérer le fonctionnement d'une installation 2 d'oxygénation et de brassage d'un bassin où le besoin en oxygène est uniforme sur l'étendue du bassin ou bien d'une zone d'influence d'un bassin. En effet, de manière générale, les bassins, notamment les bassins biologiques des stations d'épuration des eaux usées de grandes dimensions ,sont divisés en zones qui peuvent être oxygénées, aérées, brassées indépendamment les unes des autres pour tenir compte du fait que les besoins en oxygène ne sont pas uniformes dans toute l'étendue du bassin.

L'installation 2 comporte un appareil adapté pour être commandé par tout ou rien 21 , ici une pompe à eau, fonctionnant en association avec un moyen modulant 22 de régulation, ici une vanne proportionnelle d'injection d'oxygène, un appareil adapté pour être commandé par tout ou rien comportant un moyen modulant 23, ici un aérateur de fond comportant un compresseur à vitesse variable et un appareil adapté pour être commandé par tout ou rien 24, par exemple un aérateur de surface. Naturellement , l'installation peut comporter plusieurs appareils de chaque type, ou ne pas comporter d'appareil d'un certain type, ou encore comporter d'autres appareils, par exemple des agitateurs ou des appareils de re-circulation des effluents.

Le procédé selon l'invention assure d'une part la commande marche/arrêt de chaque appareil et sa durée de fonctionnement, et d'autre part, la régulation apportée par le moyen de régulation proportionnelle des appareils qui en possèdent ; ici, le procédé devra permettre de commander l'amplitude de l'ouverture de la vanne 22 et la vitesse du compresseur 23 par l'intermédiaire d'un variateur de puissance (non référencé). Le signal source S est représentatif de l'état du milieu ,il est appliqué à une entrée d'un bloc primaire de régulation 1 1 . Ce signal S peut lui même être le résultat d'un traitement de signaux primaires non représentés sur cette figure.

A une autre entrée de ce même bloc, est appliquée une consigne C. A sa sortie, le bloc primaire de régulation 1 1 délivre un signal d'écart E proportionnel à la différence entre S et C et intégrant la durée de l'écart

Chacun des appareils de l'installation devant être commandé par tout ou rien 21 , 23, 24 dispose d'un bloc de commande, respectivement 12, 13, 14 qui reçoit à l'une de ses entrées le signal E.

De la même manière, il y a autant de blocs secondaires de régulation qu'il y a de moyens de régulation proportionnelle d'oxygénation ou d'aération à commander. Ainsi, une entrée de chacun des blocs secondaires de régulation 15, 16, respectivement pour la vanne 22 et le variateur du compresseur 23 reçoit aussi le signal E.

Selon l'invention, des moyens d'introduction de paramètres permettent de mémoriser les valeurs de consigne de priorité dans une table 17. Chaque signal de consigne de priorité est appliqué à un bloc de commande par tout ou rien. Ainsi, la dite table 17 délivre au bloc 12 commandant la pompe 21 le signal de consigne de priorité P1 , délivre au bloc 13 le signal de consigne de priorité P2 et au bloc 14 le signal de consigne de priorité P3 . Les mêmes signaux P1 et P2 sont appliqués en tant que signaux de consigne de régulation aux blocs de régulation 15 et 16 respectivement.

De la sorte, on crée d'une part à partir de chaque paire constituée du signal d'écart E et d'un signal de consigne de priorité, dans chaque bloc de commande, un signal de commande de démarrage ou d'arrêt tout ou rien N1 , N2, N3 et d'autre part à partir du même signal E et d'un signal de consigne de régulation identique au signal de consigne de priorité correspondant, un signal analogique A1 , A2 de commande de moyen modulant.

On applique alors chaque signal N1 , N2, N3 respectivement à un appareil d'oxygénation et A1 , A2 au moyen modulant qu'il comporte ou qui lui est associé s'il y a lieu, éventuellement par l'intermédiaire d'interfaces de puissance. Le procédé selon l'invention schématisé figure 2 diffère de l'exemple précédent en ce que les moyens d'introduction de paramètres permettent de créer une table 17'en plus de la table de priorité 17 pour mémoriser des valeurs de consigne de régulation distinctes des consignes de priorité . Ainsi, la table 17' délivre la consigne de régulation R1 nécessaire au bloc secondaire de régulation 15 de la vanne 22 et la consigne de régulation R2 nécessaire au bloc secondaire de régulation 16 du compresseur 23.

De la sorte, on crée d'une part à partir de chaque paire constituée du signal d'écart E et d'un signal de consigne de priorité, dans chaque bloc de commande, un signal de commande de démarrage ou d'arrêt tout ou rien N1 , N2, N3 et d'autre part à partir du même signal E et du signal de consigne de régulation, dans chaque bloc secondaire de régulation, un signal analogique A1 , A2 de commande de moyen modulant.

On applique alors chaque signal N1 , N2, N3 respectivement à un appareil d'oxygénation et A1 , A2 au moyen modulant qu'il comporte ou qui lui est associé s'il y a lieu , éventuellement par l'intermédiaire d'interfaces de puissance.

L'un des éléments essentiels de l'invention est la mise en œuvre de la table ou des tables dans laquelle ou lesquelles sont mémorisées les valeurs de consigne notamment de priorité pour chaque appareil, tenant compte d'une part des besoins en oxygène ou en air de la zone du bassin concernée et d'autre part des variations tarifaires de l'organisme distributeur d'énergie ou du fournisseur de fluides et éventuellement d'autres paramètres que l'homme du métier jugerait pertinents. Avantageusement, selon l'invention, les tables peuvent être substituées automatiquement lors de la détection de variations tarifaires. Par exemple, les tarifs de l'alimentation en électricité variant en fonction de l'heure selon le principe des " heures pleines " et " heures creuses " et en fonction du calendrier selon le principe " effacement jours de pointe "ou E.J.P., il est possible d'adapter à chaque situation une nouvelle table de priorité. Grâce à cette caractéristique, une économie substantielle peut être obtenue en favorisant le fonctionnement d'appareils à faible consommation électrique lors des périodes à tarif de fourniture d'énergie élevé. L'optimisation des coûts étant effectuée en fonction de la balance entre les coûts de l'énergie et les autres coûts par exemple ceux de l'oxygène. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on définit un besoin maximum d'oxygénation du milieu biologique égal à 100%. Dans les tables, les valeurs de consigne sont exprimées en pourcentages du besoin maximum en oxygène, et la priorité varie à l'inverse de la valeur de consigne de priorité ; ainsi, la priorité minimale correspond à la valeur 100 (c'est à dire 100%) et une valeur de consigne de priorité de 20 pour un appareil provoque un démarrage plus précoce de celui-ci qu'une valeur de consigne de priorité égale à 40.

Par exemple, une table de consignes de priorité de démarrage peut prévoir : - pour un démarrage des turbines constituant les aérateurs de surface 24 une valeur de consigne de priorité 23 de 20%,

- pour un démarrage des pompes 21 et des vannes associées 22 apportant l'oxygène une valeur de consigne de priorité P1 de 40% ,etc...

Ceci signifie que pour un signal d'écart E correspondant à une valeur inférieure à 20%, aucun des appareils piloté ne fonctionne. Lorsque E exprime un besoin supérieur à 20%, les aérateurs 24 démarrent. Pour une valeur supérieure à 40%, les oxygénateurs 21 , 22 démarrent, le débit d'oxygène étant fonction de l'écart exprimé E-R1.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, on peut noter par exemple que si l'installation comporte plusieurs appareillages du même type, il est possible de prévoir un unique bloc de commande et un unique bloc secondaire de régulation le cas échéant pour les dits mêmes appareillages.

On peut également noter que l'ensemble ou une grande partie du dispositif selon l'invention peut être réalisé au choix en logique programmée ou en logique câblée. En vue d'apporter une simplification, tout ou partie des blocs de régulation peuvent être de simples régulateurs Proportionnel Intégral Dérivé.

Il est naturellement possible de subordonner en outre le fonctionnement des appareils au respect d'un certain nombre de règles de sécurité, en prévoyant par exemple un circuit de sécurité délivrant un signal de sécurité pour inhiber un ou des signaux de commande de démarrage.

Dans le cas d'un bassin de grandes dimensions divisé en zones, un dispositif identique à celui qui vient d'être décrit peut être utilisé pour chaque zone dans lequel tous les éléments peuvent être différents ou certains éléments peuvent être communs à plusieurs zones.

Le procédé selon l'invention, ainsi que le dispositif correspondant, est de préférence applicable aux bassins biologiques des stations d'épuration des effluents. Cependant, on pourra également l'appliquer à tout traitement d'une eau par oxygénation, aération et /ou brassage de milieu biologique ou non, que le milieu soit contenu dans un réacteur, un bassin ou même en milieu naturel, comme en rivière par exemple.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé de traitement d'une eau comprenant différents composés oxydables à traiter dans lequel on injecte dans la dite eau un gaz contenant de l'oxygène de manière à oxyder les dits composés oxydables, caractérisé en ce que le gaz contenant de l'oxygène peut être un premier gaz contenant de 21 à 100% d'oxygène ou un second gaz contenant de 21 à 100% d'oxygène différent du premier gaz et l'injection de l'un ou l'autre de ces gaz contenant de l'oxygène comportant les étapes suivantes : 1 ) Déterminer à chaque moment le coût le plus bas de l'énergie, 2) Déterminer à chaque moment le coût de l'oxygène disponible dans le premier et le second gaz,

3) Puis, calculer à partir de ces coûts, le coût de fonctionnement des appareils d'oxygénation présents dans l'eau à traiter pour le premier et le second gaz et le coût du mètre cube (M³) d'oxygène transféré par chacun desdits appareils,

4) Définir à chaque moment , à partir des mesures représentatives de l'oxygène disponible dans la dite eau et/ ou en fonction de la nature du procédé de traitement à appliquer, une variable V image de la quantité d'oxygène nécessaire pour traiter un M³ d'eau, 5) Comparer la dite variable V_M à une valeur prédéterminée V_P . Si V_M est supérieure à Vp, prendre en compte la demande en oxygène et actionner l'appareil de transfert présentant le coût du mètre cube (M³) d'oxygène transféré le plus bas.

6) Lorsque V_M devient inférieure ou égale à Vp, interrompre le transfert d'oxygène.

2- Procédé de traitement d'une eau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre :

1 ) Créer, d'une part, à partir d'un signal source (S) généré en fonction de signaux correspondants aux dites mesures représentatives de l'oxygène disponible dans le milieu et d'une consigne (C) , un signal (E) et, 2) Créer, d'autre part, à partir de paramètres de configuration, une série de signaux de consigne de fonctionnement des appareils comprenant au moins des signaux de consigne de priorité de fonctionnement, puis

3) Créer, d'une part, à partir du signal d'écart (E) et de chacun des dits 5 signaux de consigne de priorité de fonctionnement un signal de commande de démarrage ou d'arrêt d'appareil de commande par tout ou rien et ou ,

4) Créer, d'autre part, à partir du signal d'écart (E) et d'au moins un signal de consigne de fonctionnement, au moins un signal progressif de commande de moyen modulant .

10 3- Procédé de traitement d'une eau selon la revendication 2 caractérisé en ce que pour au moins un appareil de commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant, le signal de consigne appliqué au moyen modulant est le signal de consigne de priorité appliqué au dit appareil de commande par tout ou rien.

15 4- Procédé de traitement d'une eau selon la revendication 2 caractérisé en ce que pour au moins un appareil de commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant, le signal de consigne appliqué au signal modulant est distinct du signal de consigne de priorité appliqué au dit appareil de commande par tout ou rien.

20 5- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que si la demande en oxygène persiste dans le temps, au moins un nouvel appareil dont le coût du mètre cube (M³) d^'oxygène transféré est le deuxième plus bas se met en marche.

6- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1

_::. à 5 caractérisé en ce que la variable V_M est « forcée » pour imposer des périodes pendant lesquelles on injecte le dit gaz contenant de l'oxygène et des périodes pendant lesquelles on arrête l'injection du gaz contenant l'oxygène indépendamment des mesures représentatives de l'oxygène disponible dans l'eau à traiter. 7- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les composés oxydables à traiter comprennent des polluants à base des éléments carbone, azote, phosphore.

8- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'eau à traiter est un effluent de station d'épuration.

9- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'eau à traiter contient des bactéries.

10- Procédé de traitement d'une eau selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'eau à traiter contient des bactéries parmi lesquelles des bactéries de type aérobies, anaérobies et/ ou anoxiques.

11- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que l'eau est soumise à un brassage et à une oxygénation minimale permanents de manière à maintenir actives les bactéries. 12- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'un des gaz contenant de l'oxygène est de l'air.

13- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que l'un des gaz contenant de l'oxygène est de l'oxygène a une teneur en oxygène de l'ordre de 90% ou plus.

14- Procédé de traitement d'une eau selon une des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que en cas de défaillance des moyens aptes à fournir les mesures représentatives de l'oxygène disponible dans le milieu, l^'installation adopte un mode de fonctionnement de repli avec une oxygénation forcée.

15- Procédé de traitement d'une eau selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que le bassin est divisé en zones dans lesquelles des traitements indépendants peuvent être appliqués. 16- Procédé de traitement d'une eau selon la revendication 15 caractérisé en ce que en cas de défaillance des moyens aptes à fournir les mesures représentatives de l'oxygène disponible dans l'eau à traiter dans l'une quelconque desdites zones, les besoins en oxygénation dans la zone défaillante sont déterminés à partir des dites mesures issues d'une zone adjacente du bassin. 17- Dispositif de traitement d'une eau comprenant différents composés oxydables à traiter dans lequel on injecte dans la dite eau un gaz contenant de l'oxygène , dispositif caractérisé en ce qu'il comprend :

- des moyens générateurs de gaz à teneurs en oxygène distinctes,

- des moyens de détermination du coût de l'énergie le plus bas, - des moyens de détermination du coût de l'oxygène disponible dans chacun des gaz,

- des moyens de détermination du coût de fonctionnement des appareils d'oxygénation présents dans l'eau à traiter pour chacun des gaz et du coût du mètre cube d'oxygène transféré par chacun des dits appareils, - des moyens de détermination de la quantité d'oxygène nécessaire pour traiter l'eau,

- des moyens de mise en route et d'arrêt du transfert d'oxygène, les dits moyens prenant en compte la quantité d'oxygène nécessaire et du coût de fonctionnement des appareils d'oxygénation. 18- Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte en outre :

- des moyens de traitement des mesures représentatives de l'oxygène disponible dans l'eau pour générer un signal source (S), un bloc primaire de régulation (1 1 ) recevant le signal source et une consigne (C) et délivrant en réponse un signal d'écart (E),

- des moyens d'introduction (17) de paramètres de configuration créant une série de signaux de consigne de fonctionnement des appareils comprenant au moins des signaux de consigne de priorité de fonctionnement (P1 , P2, P3), - un bloc de commande (12, 13, 14) pour chacun des appareils

(21 , 23, 24), ou plusieurs appareils de même type , recevant le signal d'écart (E) et le signal de consigne de consigne de priorité de fonctionnement (P1 , P2, P3) et délivrant en réponse un signal (N1 , N2, N3) de démarrage ou d'arrêt d'appareil de commande par tout ou rien,

- un bloc secondaire de régulation (15) pour chaque moyen modulant (22) ou plusieurs moyens modulants d'appareils de même type, délivrant en réponse à un signal progressif (A1 ) de commande du moyen modulant.

19- Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que pour au moins un appareil (21 ) à commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant (22) à commande progressive, le signal de consigne appliqué au bloc secondaire de régulation (15) du moyen modulant est le signal de priorité de fonctionnement (P1 ) appliqué au bloc de commande (12).

20- Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que pour au moins un appareil (21 ) à commande par tout ou rien destiné à fonctionner en association avec un moyen modulant (22) à commande progressive, le signal de consigne (R1 ) appliqué au bJoc secondaire de régulation (15) du moyen modulant et qui est délivré par des moyens d'introduction (17') de paramètres de configuration est distinct du signal de priorité de fonctionnement (P1 ) appliqué au bloc de commande (12).