Brevet FR2588547A1 — publié le 19870417

La présente invention concerne un procédé et une installation pour l'asservissement des additions de réactifs dans le traitement des eaux et, plus particulièrement, la détermination des quantités optimales de réactifs à mettre en oeuvre pour la floculation-coagulation des eaux à traiter. Dans la majorité des cas, les caractéristiques physico-chimiques du liquide à traiter varient au cours du temps. Les fluctuations de la charge polluante sont dues au rythme d'activité de la population , à des déversements industriels ou à des orages. Dans ces conditions, il est clair que l'application d'une dose de réactif moyenne conduit le plus souvent à un traitement mal approprié. En effet, l'exploitant est conduit à fixer des taux de réactifs trop élevés afin d'obtenir une eau traitée de qualité suffisante pendant les périodes où la charge polluante est maximale. Il est donc souhaitable de déterminer en continu la pollution et, donc, les taux de réactif à utiliser, ce qui permet d'améliorer le traitement et d'économiser les réactifs. Divers procédés ont déjà été proposés dans ce but. Dans l'un d'eux, connu sous le nom commercial "AUTOFLOC", le taux optimal est déterminé par une mesure de turbidité. Ce système est fondé sur une théorie selon laquelle le meilleur taux de floculant donne aussi la turbidité la plus élevée lors du mélange avec l'eau brute. IL est alors possible de réaliser un dispositif automatique simple qui est construit autour d'une mesure de la turbidité de l'eau brute et qui fonctionne de façon séquentielle. En pratique, plusieurs auteurs ont montré que le principe en question n'était pas vérifié, et, en outre, ce procédé détermine la dose qui assure la meilleure floculation, et non celle qui permet d'atteindre les objectifs visés à moindres frais. On connait également un coagulomètre à laser qui permet un contrôle permanent du taux de réactifs à utiliser# par l'intermédiaire d'une mesure automatique des matières en suspension ou MES de l'eau traitée. La détermination de la teneur en matières en suspension est obtenue en continu par la conversion d'une mesure de diffraction optique d'un d'un faisceau lumineux à laser. Ce procédé conduit à un appareil complexe qui est un véritable modèle réduit de l'usine.Outre les problèmes inhérents à l'hydraulique et à l'automatisation de l'appareil, on constate une divergence entre les résultats de l'usine et ceux du modèle réduit, ce qui rend nécessaire un calibrage de l'appareil sur chaque site d'utilisation, Le but de la présente invention est donc de fournir un procédé et une installation pour asservir les additions de réactifs dans le traitement des eaux qui soient plus fiables et plus simples, et donc moins coûteux, que les procédés et appareils connus qui ont été rappelés ci-avant. Ce but est atteint grâce au procédé selon la présente invention, selon lequel on laisse décanter naturellement l'eau à traiter, on détermine la pollution de l'eau ainsi décantée au moyen d'un rayonnement ultra-violet que l'on traduit en un signal de pollution, on injecte ce dernier, ainsi qu'un signal correspondant à la valeur du débit de l'eau, dans un calculateur fournissant au moins un signal qui est susceptible d'agir sur le débit du ou des réactifs et qui correspond à chaque instant au débit optimal pour la pollution qui a été déterminée au préalable comme spécifié ci-dessus. De façon surprenante, les dispositions essentielles de l'invention, à savoir le fait que-la mesure de pollution est pratiquée sur de l'eau décantée, et que cette mesure a lieu par l'intermédiaire d'un rayonnement ultra-violet, permettent d'injecter dans le calculateur un signal en corrélation parfaite avec la valeur de la polution, qu'elle soit exprimée en poids des matières en suspension ou MES, ou en demande chimique en oxygène ou DCO, ou encore en demande biologique en oxygène ou DBO. Avantageusement, on détermine en outre la pollution de l'eau décantée au moyen d'un rayonnement visible que l'on traduit en un second signal de pollution également injecté dans le calculateur afin d'affiner la valeur des signaux qu'il fournit. On comprend que l'utilisation supplémentaire d'un rayonnement visible permet d'améliorer la qualité de la mesure de pollution. De préférence, la longueur d'onde du rayonnement ultra-violet est comprise entre 2500et 2800angströms environ, et celle du rayonnement visible entre 5000et 6000angströms environ. Avantageusement, le calculateur spécifié ci-avant est programmé pour intégrer une fonction de coût, Il est ainsi possible de rendre minimal le coût du traitement, mais, bien évidemment, il est toujours possible de se contenter de programmer le calculateur qui est, de préférence, un microordinateur, en fonction de la seule valeur maximale admissible pour la pollution, en ne tenant pas compte directement du coût. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé spécifié ci-avant qui comprend, en succession, un conduit d'amenée de l'eau à traiter qui débouche dans un décanteur, un dispositif de mesure de la pollution qui est traversé par une fraction au moins de l'eau provenant du décanteur et qui comprend des moyens de mesure pour le faire traverser par un rayonnement ultraviolet et, de préférence, par un rayonnement visible, et pour transformer ce ou ces rayonnements en un signal de pollution, des moyens pour fournir un signal de débit d'eau, et un calculateur pour transformer lesdits signaux en au moins un signal qui est susceptible d'agir sur le débit du ou des réactifs et qui correspond à chaque instant au débit optimal correspondant à la pollution déterminée par les moyens de mesure spécifiés ci-dessus. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels - La figure 1 montre des courbes caractéristiques de l'évolution de la pollution d'une eau au cours d'une journée - La figure 2 représente de manière très schématique une installation de traitement des eaux selon l'invention - La figure 3 reproduit des courbes qui traduisent les résultats obtenus grâce à l'invention. Les courbes de la figure 1 retracent les variations au cours d'une journée donnée de deux valeurs caractéristiques de la pollution d'une eau, à savoir la teneur en matières en suspension ou MES en milligrammes par litre (courbe 1) et la demande chimique en oxygène qui est également exprimée en milligrammes par litre, ou DCO (courbe 2). Il s'agit ici d'eaux usées principalement urbaines provenant de la station d'épuration de Maisons-Laffitte (Yvelines). On constate que ces valeurs subissent des fluctuations extrêmement importantes pouvant aller du simple au triple entre la nuit, de 4 à 6 heures, et le début de la journée, de 8 heures à 10 heures et demie.On comprend que la quantité de réactif qu'il faut théoriquement ajouter pour épurer une telle eau, et qui peut être du chlorure ferrique ou du sulfate d'aluminium, varie en proportion et que la solution classique consistant à aligner cette addition de réactif sur la valeur la plus élevée oblige à un sur-dosage très important pendant au moins 22 heures sur 24, et conduit donc à un coût de traitement inutile- ment élevé. Aussi l'invention prévoit-elle de pallier cet inconvénient en faisant passer l'eau à traiter dans l'installation représentée schématiquement sur la figure 2. Cette installation comprend une conduite 10 qui amène l'eau à traiter à l'arrivée 11 d'un décanteur lamellaire 12 de type classique où elle séjourne pendant dix minutes environ. Ce décanteur comporte un dispositif de chasse des boues 13 à sa base et il fournit l'eau décantée à un conduit 14 qui débouche dans un dispositif de mesure de la pollution 15. Une fraction plus ou moins importante de l'eau provenant du conduit 14, à raison de 5 litres par minute par exemple, y est traversée successivement par deux rayonnements lumineux, l'un visible, 17, d'une longueur d'onde de 5500angströms par exemple, et-l'autre ultra-violet, 18, d'une longueur d'onde de 2560angströms par exemple. Les rayonnements émergents frappent des capteurs classiques non représentés qui fournissent à un microordinateur 20 des signaux électriques 21 et 22, respectivement. L'eau sort du dispositif de mesure 15 par un conduit 23 pour être envoyée vers un réseau de distribution. Dans le micro-ordinateur 20, les signaux 21 et 22 sont exploités de façon à fournir un ou plusieurs signaux, 24a et 24b par exemple, commandant le débit# délivré par les pompes qui alimentent en réactifs l'eau à traiter. En outre, le micro-ordinateur 20 reçoit un signal 25 provenant d'un débitmètre non représenté qui, branché par exemple sur le conduit 14, lui fournit à chaque instant le débit de l'eau qui, bien entendu, et toutes choses étant égales par ailleurs, influe en raison directe sur la dose de réactifs qu'il faut ajouter à l'eau en cours de traitement. L'exploitation des signaux 21, 22 et 25 par le micro-ordinateur 20 est à la portée de l'homme de l'art. On se contentera donc d'indiquer ici que le programme utilisé découle, bien évidemment, d'expérimentations préalables qui permettent de connaître, pour chaque valeur du débit et de la pollution, et, partant, pour chaque valeur des signaux d'entrée 21, 22 et 25, la valeur à donner aux signaux de sortie 24a, 24b, etc. Il y a lieu de noter à ce sujet que les fonctions de calcul correspondantes sont caractéristiques de chaque station d'épuration, mais que la nature de ces fonctions est indépendante du lieu, de sorte qu'il est aisé de calculer les paramètres du modèle.Il faut également souligner qu'il est très facile, et à la portée de l'homme de l'art, d'introduire dans le calculateur 20 des coefficients qui déterminent les taux de réactifs à appliquer en fonction de l'objectif recherché qui peut être, tout simplement, le respect des normes de rejet, c'est-à-dire de la pollution maximale admissible pour l'utilisation de l'eau traitée. Cet objectif peut être aussi plus complexe et faire intervenir un optimum technico-economique, car il est aisé d'introduire dans le micro-ordinateur 20 un paramètre de coût qui, par exemple, rend optimales les proportions des divers reac- tifs en fonction de leur prix et de leur efficacité, ce qui est le cas notamment lorsqu'il s'agit de choisir entre la chaux et un polyélectrolyte. La figure 3 retrace l'évolution, au cours d'une journée, de la quantité de réactif introduite selon l'invention, en milligrammes par litre (courbe 30) et de la teneur de l'eau traitée en matières en suspension ou MES, également en milligrammes par litre (courbe 31). On constate que la quantité de réactif, qui est en l'espèce du chlorure ferrique FeCl3, 6 H20, suit fidèlement les variations de la pollution telle que révélée par les courbes 1 et 2 de la figure 1, et que la pollution de l'eau traitée ne présente pas d'écarts importants, dans un sens ou dans l'autre, autour de sa valeur moyenne. - REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'asservissement des additions de réactif dans le traitement des eaux, caractérisé par le fait que l'on laisse décanter naturellement les eaux à traiter, que l'on détermine la pollution de ces eaux décantées au moyen d'un rayonnement ultra-violet que l'on traduit en un signal de pollution, que l'on injecte ce dernier, ainsi qu'un signal correspondant à la valeur du débit des eaux, dans un calculateur fournissant au moins un signal qui est susceptible d'agir sur le débit du ou des réactifs et qui correspond à chaque instant au débit optimal pour la pollution déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on détermine en outre la pollution des eaux décantées au moyen d'un rayonnement visible que l'on traduit en un second signal de pollution que l'on injecte également dans ledit calculateur pour affiner la valeur des signaux qu'il fournit. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on introduit dans ledit calculateur une fonction de coût pour optimaliser les proportions des divers réactifs utilisés. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la longueur d'onde dudit rayonnement ultra-violet est comprise entre 2500et 2800 angströms environ. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que la longueur d'onde dudit rayonnement visible est comprise entre 5000et 6000angströms environ. 6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comprend, en succession, un conduit (10) d'amenée de l'eau à traiter qui débouche dans un décanteur (12), un dispositif de mesure de la pollution (15) qui est traversé par une fraction au moins de l'eau provenant du décanteur (12) et qui comprend des moyens de mesure (18) pour le faire traverser par un rayonnement ultra-violet, et pour transformer ce dernier en un signal de pollution (22), des moyens pour fournir un signal (25) de débit d'eau, et un calculateur (20) pour transformer lesdits signaux en au moins un signal (2T+a, 24b) qui est susceptible d'agir sur le débit du ou des réactifs et qui correspond à chaque instant au débit optimal correspondant à la pollution déterminée par lesdits moyens de mesure (18). 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit calculateur (20) est un micro-ordinateur. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait que ledit dispositif de mesure de la pollution (vis) comprend en outre des moyens de mesure (17) pour faire traverser une fraction au moins de l'eau provenant du décanteur (12) par un rayonnement visible, et pour transformer ce dernier en un autre signal de pollution (21) également fourni audit calculateur (20). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que ledit calculateur (20) est programmé de façon à intégrer une fonction de coût destinée à optimiser les proportions des divers réactifs utilisés.