France

Les systèmes d’aération montés au sol sont incontournables dans les stations d’épuration modernes. Ces systèmes d’aération nécessitent une alimentation en air comprimé qui vient injecter de l’air sous la surface de l’eau. C’est pourquoi INVENT a élargi sa gamme avec le turbo-souffleur iTURBO^® à haut rendement afin d’offrir un complément optimal aux systèmes d’aération les plus divers.

Entraîné par un moteur synchrone à aimant permanent (MSAP) à grande vitesse et une efficacité maximale de 98 pour cent, doté de paliers à air haute performance sans frottement, le turbo-souffleur iTURBO^® fonctionne avec un convertisseur de fréquence intégré (VFD). Celui-ci entraîne le moteur et contrôle le couple, la puissance et la vitesse fournis au moteur, garantissant ainsi un fonctionnement fiable et nécessitant peu d’entretien. Compact et léger, le turbo-souffleur iTURBO^® se pose en outre facilement et bénéficie d’un réducteur de bruit intégré avec moteur, turbo-hélice, EVF et système de contrôle dans un seul et même ensemble compact. La maintenance est limitée au remplacement réguliers des filtres à air. La combinaison de ces caractéristiques peut entraîner une réduction des coûts d’exploitation allant jusqu’à 30 % par rapport aux souffleurs traditionnels. En outre, il dispose d’une IHM à écran tactile HD facile à utiliser.

Technique de fabrication novatrice

Pour la fabrication du souffleur iTURBO^®, INVENT a mis en œuvre les techniques de fabrication les plus modernes, permettant d’adapter le souffleur aux exigences spécifique d’une station d’épuration. Cette technologie optimise la consommation d’énergie, tout en adaptant parfaitement la plage de fonctionnement à l’application concernée.

Système d’agitation et d’aération HYPERCLASSIC^®

Le souffleur iTURBO^® et le système d’agitation et d’aération HYPERCLASSIC^®, très répandu en Belgique, interagissent en véritable symbiose. Les deux machines sont parfaitement complémentaires et conduisent ainsi à une réduction des coûts énergétiques et à une maximisation des performances du système. La vaste plage de travail de cette combinaison lui permet de couvrir un grand nombre de points de fonctionnement avec une grande efficacité. Voilà comment INVENT est en mesure de proposer le pack complet et de coordonner idéalement les deux produits afin d’optimiser la performance globale pour chaque tâche d’aération.

Avec l’innovant souffleur iTURBO^® et le système éprouvé d’agitation et d’aération HYPERCLASSIC^®, INVENT offre une solution de premier ordre pour une performance maximale dans le traitement de l’eau et des eaux usées.

A propos de INVENT Umwelt- und Verfahrenstechnik AG

INVENT est pionnier dans les solutions de technologie environnementale. Avec son siège à Erlangen, en Allemagne, et des sites dans le monde entier, elle développe, produit et commercialise des composants et des systèmes innovants pour l’épuration et le traitement des eaux usées à haut rendement énergétique. Les produits proposés, tels que les agitateurs, les systèmes d’aération, les filtres à eau et la simulation de flux, répondent aux besoins des villes et de l’industrie. Des solutions complètes incluant la conception, l’ingénierie, la livraison, l’installation et la formation complètent la gamme.

L’eau propre est une denrée rare, surtout dans les zones climatiques chaudes et sèches. Les pays concernés qui bordent les océans disposent d’un moyen de remédier à la pénurie : le dessalement de l’eau de mer. Dans le monde entier, plus de 20.000 usines de dessalement de l’eau de mer fournissent de l’eau potable à des millions de personnes, ainsi qu’aux animaux, aux plantes et à l’économie environnante. Une des plus grandes installations de ce type ecourt à la technologie d’Invent et se trouve dans le sultanat d’Oman. Cette usine de désalinisation est précisément située au nord de cet état riche en pétrole et en gaz, à Al-Ghubra, une banlieue de la capitale Mascate. L’installation, qui tourne depuis 2016, permet de collecter 191 000 mètres cubes d’eau potable par jour. Les mélangeurs sont intégrés dans le processus de floculation, qui sert à séparer les particules solides les plus fines.

Pour plus d’informations, veuillez contacter notre bureau INVENT aux Emirats Arabes Unis:

INVENT Middle East (FZE)
SAIF Office Z3-06
P.O. Box 121720 Sharjah
UAE

INVENT s’appuie sur l’exemple d’un fabricant de produits de papeterie et de cartonnerie destinés à l’industrie papetière pour démontrer que leur solution se prête à merveille à l’épuration des eaux usées dans ce secteur d’activité.

En proie à une consommation d’eau et d’énergie très élevée, certaines industries aspirent à en réduire durablement l’importance. Ce constat est particulièrement vrai dans l’industrie papetière. À cet égard, INVENT Umwelt- und Verfahrenstechnik AG assure la fourniture des produits les mieux adaptés au traitement des eaux, lequel joue un rôle essentiel dans ce contexte.

Située en Frise orientale, la ville de Varel abrite un excellent exemple d’application de la technologie INVENT d’épuration des eaux usées papetières. Installée à la périphérie de la ville, la société Papier- und Kartonfabrik Varel (usine à papier) emploie près de 600 personnes sur son site. Employeur régional majeur, l’entreprise se déploie sur l’un des plus grands sites de production de l’industrie papetière allemande comme en témoigne une capacité de production de l’ordre de 925.000 tonnes.

L’histoire de l’entreprise remonte à 84 ans. Elle produit surtout des matières premières destinées à l’industrie de l’emballage et sa modernisation progressive s’est accompagnée d’une expansion appréciable au fil des décennies. Dès 1976, l’entreprise fut l’une des premières papeteries d’Allemagne à se doter d’une station d’épuration biologique des eaux usées. Dans le cadre de la croissance de l’entreprise, cette station s’est muée en unité d’épuration en deux phases.

Menées de 2012 à 2014, les expansions suivantes ont vu la première entrée en action de la technologie INVENT. L’épuration aérobie des eaux usées a nécessité le montage de systèmes de mélange et d’aération HYPERCLASSIC^® dans des cages en acier inoxydable. Ces cages présentent l’avantage d’être extractibles aux fins d’installation et de maintenance, avant leur réimmersion dans une citerne, fût-elle remplie.

Parce qu’il conjugue les caractéristiques d’un mélangeur avec celles d’un aérateur, le système de mélange et d’aération HYPERCLASSIC^® se distingue par la flexibilité de ses plages d’utilisation et d’application. Primo, ce système fournit suffisamment d’oxygène aux boues activées pour en décomposer la charge organique pendant le processus aérobie. Secundo, l’homogénéisation par mélange de la cuve d’aération maintient en suspension les particules et les boues activées lourdes.

En raison de sa sobriété énergétique ainsi que de la haute qualité et de la durabilité de ses composants, le système HYPERCLASSIC^® s’est hissé au rang de norme de référence dans le domaine de l’épuration aérobie des eaux usées papetières.

Lorsque les dirigeants de la Papier und Kartonfabrik Varel ont décidé d’investir 280 millions d’euros sur leur site de production en 2019, ce projet a également entraîné une expansion significative de l’unité d’épuration des eaux usées et donc l’acquisition de 13 autres systèmes HYPERCLASSIC^® assortis d’une cage provenant d’Erlangen, Allemagne.

Dans la station d’épuration Staufener Bucht en Allemagne, les 15 agitateurs HYPERCLASSIC^® d’INVENT ont été remplacés par une version plus récente. Cela a permis d’économiser près de 54 % sur la consommation d’électricité. La puissance a été réduite de moitié de 1,5 kW à 0,75 kW et la vitesse a pu être réduite de 20,8 tr/min à 15,8 tr/min. La nouvelle installation est en service depuis environ trois ans. Les nouveaux agitateurs ont clairement fait leurs preuves dans la pratique. INVENT améliore constamment ses agitateurs hyperboloïdes à l’aide de simulation informatique et d’intelligence artificielle. En apportant des modifications mineures au boîtier, à la jonction avec l’arbre d’entraînement et à l’entraînement lui-même, le fabricant a pu considérablement améliorer le rendement.

L’épuration des eaux usées s’effectue généralement en plusieurs phases successives, parmi lesquelles la phase biologique constitue le cœur du processus. C’est ici que le métabolisme microbien se charge d’éliminer les composés carbonés et azotés. La base de ce processus est un transfert d’oxygène optimal et un brassage efficace pour permettre aux bactéries biologiquement actives de faire leur travail.

Le système d’aération et d’agitation HYPERCLASSIC^® pour l’épuration biologique des eaux d’INVENT Umwelt- und Verfahrenstechnik AG est capable d’introduire de grandes quantités d’oxygène dans les eaux usées avec une grande efficacité. En même temps, les eaux usées doivent être intensément brassées pour assurer une distribution uniforme de la teneur en oxygène et des flocs de boues activées dans tout le volume du bassin, et éviter à tout prix leur sédimentation.

Pour transférer efficacement l’oxygène, les bulles d’air ou de gaz doivent être générées avec une taille optimale pour que les quantités d’oxygène injectées soient pleinement utilisées. Cette taille de bulle optimale est fonction de la profondeur à laquelle l’air est injecté. Pour que le temps de résidence des bulles d’air dans le bassin soit suffisamment long, la profondeur de l’injection d’air doit être la plus grande possible. C’est pourquoi les bulles doivent être générées près du fond du bassin, et non en surface.

Un brassage intense est essentiel pour un fonctionnement optimal et sûr d’une installation à boues activées. L’impact du brassage sur la capacité d’épuration d’une station est généralement sous-estimé. Il est cependant aisé de comprendre que, par exemple, la sédimentation de boues au fond du bassin non seulement réduit le volume de réacteur disponible, mais en plus génère une zone anoxique (sans oxygène) et une source de substances toxiques issues du métabolisme anaérobie. En plus d’une performance moindre, cela génère des flocs de boues sédimentant mal dans le bassin de décantation secondaire.

Un brassage insuffisant entraîne également des variations spatiales de la teneur en oxygène dans le bassin à boues activées, ce qui réduit l’efficacité de l’apport d’oxygène en raison de la diminution du gradient de concentration, moteur du transfert. De plus, ces variations spatiales sont un problème pour les mesures d’oxygène effectuées d’habitude en un seul point, généralement dans la partie supérieure du bassin, où la concentration en oxygène est d’ordinaire plus élevée que dans le reste du bassin. Bref, le volume de bassin disponible n’est pas exploité au maximum.

Globalement, on veut un système qui répond aux exigences ci-dessus en matière de taille de bulles optimale et de brassage homogène, et en plus un système qui soit résistant à l’usure, de construction robuste et d’utilisation flexible. Le système agitateur/aérateur HYPERCLASSIC^® d’INVENT est spécialement conçu et optimisé pour les applications lourdes dans les stations d’épuration industrielles. Il assure un transfert d’oxygène efficace et un brassage optimal durant la phase biologique. Comparé aux systèmes conventionnels, il offre de grands avantages, comme l’apport d’oxygène, le brassage et la prévention de la sédimentation. Grâce à la méthode d’aération mécanique, le transfert d’oxygène dans l’eau usée est quasi aussi élevé que dans l’eau propre.

Concevoir un système d’aération et/ou d’agitation optimal est très complexe. Cela exige beaucoup de compétences, de savoir-faire et d’expérience. Avant tout, il est essentiel de considérer le système dans son ensemble, de comprendre non seulement les paramètres standard mais également le processus global, d’assimiler ces informations et d’intégrer le système agitateur/aérateur au processus global de façon optimale. Dans le cas d’installations industrielles – par ex. pour la manufacture de pulpe & papier ou les industries chimiques et pétrochimiques –, il est important de comprendre le procédé de production, vu son impact considérable sur la composition des eaux usées.

Voilà plus de 25 ans, nous avons développé et commercialisé la technique de mélange hyperboloïde, qui a amélioré s’est avéré être une contribution notable à l’amélioration de l’efficacité énergétique des installations de traitement des eaux usées. Depuis lors, nous n’avons eu de cesse de parfaire notre technique de mélange hyperboloïde. Il en va de même pour notre technologie unique en son genre combinant un système de mélange et un dispositif d’aération, le système HYPERCLASSIC^®-Agitateur/aérateur.

Par exemple, l’entreprise DUVEL bière à Puurs, en Belgique, dispose de nos HYPERCLASSIC^®– Agitateurs/aérateurs. Après l’installation initiale de trois machines en 2004, la brasserie a opté à plusieurs reprises pour les systèmes INVENT et a également choisi INVENT pour son expansion la plus récente. Heureusement, ce n’est pas une exception aux Pays-Bas et en Belgique : un grand nombre de clients industriels qui ont utilisé INVENT suivent l’exemple de DUVEL et continuent de s’appuyer sur le véritable HYPERCLASSIC^®-Agitateur/aérateur lors de la modernisation de leurs usines.

Depuis 2018, un quart des eaux usées de la Région de Bruxelles-Capitale est épuré au moyen d’un excellent système. Les eaux usées de 360.000 habitants sont débarrassées des déchets bactériologiques et des microplastiques. Les eaux usées épurées peuvent être réutilisées efficacement pour l’arrosage ou l’irrigation. INVENT Umwelt und Verfahrenstechnik AG a fourni, pour la station d’épuration d’eau, quatorze mélangeurs pour la coagulation et la floculation, quatre mélangeurs pour la dénitrification et quatorze mélangeurs/aérateurs pour la nitrification.

Un système d’épuration exceptionnel

En raison de l’espace limité pour l’épuration des eaux, on a opté pour la construction d’une installation compacte avec un bioréacteur à membrane (BRM). L’épuration commence par une étape de coagulation et de floculation de manière à garantir une pré-épuration suffisante pour de hauts débits. Ensuite, les eaux usées sont conduites à un bassin de dénitrification, un bassin de nitrification et un bassin à membrane. Grâce à ces étapes, les impuretés dissoutes, en particulier l’azote et le phosphore, sont traitées à l’aide de bactéries spécifiques qui se nourrissent de ces particules dissoutes. Cette nouvelle installation est particulière étant donné que l’eau pure et les bactéries (ce qu’il est convenu d’appeler les « boues d’épuration ») sont séparées les unes des autres par des membranes. La surface de la membrane fait de Step Sud la deuxième unité de ce type par ordre d’importance en Europe.

Réservoirs très profonds

Les bassins sont exceptionnellement profonds pour créer un volume suffisant. Grâce aux bassins de dénitrification et de nitrification d’une profondeur de 15 mètres, le traitement biologique peut avoir lieu. Le mélange et l’aération des boues dans ces bassins représentent donc un défi très particulier. Invent a donc installé un mélangeur hyperboloïde immergé et un mélangeur/aérateur hyperboloïde immergé.
Pour prévoir le fonctionnement du mélangeur et garantir le succès de cette installation, on a procédé à une simulation. Avec un modèle CFD de pointe, le mélange optimal a été simulé dans un bassin asymétrique. Avec son ordinateur CFD interne personnel, INVENT a réalisé un calcul très détaillé grâce auquel 4 mélangeurs ont été déterminés pour le bassin de dénitrification.

Mélangeurs hyperboloïdes

Invent a combiné la théorie de l’écoulement à des matériaux modernes grâce au développement d’un mélangeur hyperboloïde unique. Cela donne un mélangeur fiable et très efficace, qui est même particulièrement efficient dans des bassins très profonds.
« En fait, le mélangeur hyperboloïde est un grand rotor à aubes sans corps de pompe », indique Marcel Huijboom, directeur des ventes d’Invent. « Parce qu’il n’y a pas de corps de pompe, le fonctionnement de la pompe est converti en un mélange du bassin. Grâce à l’action efficace de la pompe et à un rotor à aubes de 2,5 de diamètre, un volume de pompage énorme est créé. »
Pour la nitrification, on a utilisé un mélangeur/aérateur pour pourvoir les bactéries d’oxygène. Les quatorze mélangeurs/aérateurs sont distribués sur deux bassins et distribuent ensemble quelque 35.000 m3/h d’air venant d’un compresseur. Le débit peut varier pour doter les bactéries de la quantité correcte à tout moment donné.

Pour ce projet, Invent a livré trois éléments : mélangeurs de floculation, mélangeurs de dénitrification et mélangeurs/aérateurs pour la nitrification. Dans les années à venir, Invent contribuera à l’entretien de ces machines, d’abord pour Vinci et ensuite pour la Région bruxelloise.