Projet ANR NEXT – Concevoir la station d’épuration de demain : optimisation des performances de traitements par le suivi en ligne des propriétés holistiques des boues

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Projet en cours

Projet ANR NEXT : Next Generation of Wastewater Treatment Plants: Optimization of Treatment /
Concevoir la station d’épuration de demain : optimisation des performances de traitements par le suivi en ligne des propriétés holistiques des boues

 

Résumé :

Si toutes les eaux usées produites par la population urbaine mondiale étaient traitées, ce qui est l’objectif ultime de l’OMS, 83 millions de tonnes de matières sèches de boues seraient produites annuellement à l’horizon 2017. La réduction des coûts de la filière « boues » des stations d’épuration – qui représentent en France près de la moitié de la facture de l’assainissement collectif -passe nécessairement par l’optimisation des procédés de traitement. Pour cela, les ingénieurs ont besoin d’outils d’évaluation des performances des procédés au regard des caractéristiques physiques des boues produites mais également des outils plus systémiques permettant d’évaluer les impacts environnementaux et économiques des choix technologiques réalisés.

L’objectif principal du projet est de définir des descripteurs holistiques, mesurables en ligne, permettant de prédire les écoulements et d’adapter les procédés de traitement aux caractéristiques instantanées des boues.
Pour définir ces descripteurs holistiques représentatifs des modifications des caractéristiques des boues pendant les différentes étapes du traitement, des mesures rhéologiques seront couplées à des mesures par spectroscopies proche infrarouge, ultraviolet et électrique, ainsi qu’à des mesures d’activité de l’eau, qui sont toutes des techniques non-destructives. Les boues seront prélevées en entrée et en sortie de chaque procédé de traitement de façon à déterminer l’impact propre à chaque étape de traitement sur leurs propriétés physiques. Ces descripteurs pourront être mesurés en temps réel et fourniront une image instantanée de la structure et de la composition des boues, permettant ainsi une rétroaction rapide sur les conditions opératoires des procédés.

L’objectif final est de permettre le développement de systèmes et outils de suivi en ligne et en continu pour optimiser les procédés de traitement et développer de nouvelles technologies plus efficaces. L’ensemble de ces travaux permettra d’améliorer les performances des unités de traitement des boues et de réduire les frais de fonctionnement tout en limitant les impacts environnementaux des procédés de traitement de la filière « boue ».

Abstract :

Sludge   (also   known   as   biosolids)   treatment   and   management   is   a   growing   challenge   for municipalities  around  the  world.  If  all  of  the  wastewater  from  the  world’s  urban  population  was collected and treated, 83 Mt of dry sewage sludge would be generated by 2017.The cost of biosolids treatment constitutes to approximately half of the cost of wastewater treatment, and the quantities continue  to  increase  as  new  wastewater  treatment  facilities  are  built  and  the  existing  ones  are upgraded  to  keep  up  with  the  growing  population  and  stricter  regulations.  Sludge  treatment  and management are going to be a major challenge in the next decade.

The  goal  of  this  research  is  to  investigate  the  in-line  and  real-time  use  of  novel  holistic  sludge descriptors  to  measure,  monitor,  model  and  predict  sludge  behavior  through  sludge  treatment processes  and  use  this  knowledge  for  the  optimization  of  design  and  operation  of  treatment processes. Based on the knowledge generated from this research, our ultimate goal is to develop in-line and real-time optimization and automation systems for sludge treatment processes with support from our industrial partners. The research will help to optimize sludge treatment processes, improve their  performance  while  reducing  the  operational  costs  and  the  environmental  impacts.  This  will result in important savings for treatment plants.

Sludge rheology, far UV (FUV), near infrared (NIR) and electrical impedance (EIS) spectroscopies, and

water  activity  will  be  used  as  holistic  descriptors  to  capture  the  changes  in  sludge  characteristics, flow,  and  behavior.  These  descriptors  can  be  measured  in-line  and  real-time,  and  they  are  non-destructive  to  sludge  matrix.  Therefore,  they  can  be  successfully  used  for  optimization  and automation  of  treatment  processes.  Both  lab-scale  and  full-scale  tests  will  be  carried  out  in  this study.  The  team  will  also  complete  an  evaluation  of  environmental  and  economic  impacts  of treatment improvements and alternatives.

 

Role of ITAP : Determining  structural  properties  through  descriptors  from  easy-to-use  methods  to  follow online evolution kinetics, regarding sludge origin, process and treatment impacts: physical interactions and more precisely liquid-solid and solid-solid interactions through water activity and NIR spectroscopy.

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