Brevet FR3058998A1 — publié le 20180525

SYSTÈME PRÉDICTIF DE MESURE ET DE RÉGULATION DU POTENTIEL ÉMISSIF DES EAUX RÉSIDUAIRES DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine du traitement des eaux résiduaires dans un réseau d'assainissement. En particulier, la présente invention concerne une méthode et un dispositif d'injection contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives dans un réseau d'assainissement. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Dans le domaine du traitement des eaux résiduaires, il est primordial de lutter contre la formation de substances nocives dans les réseaux d'assainissement. En effet, la formation de substances nocives donne lieu à d'importantes nuisances nocives et/ou olfactives à la fois pour le public et pour le personnel intervenant dans les réseaux d'assainissement. Par exemple, dans le cas de la formation de sulfure d'hydrogène dans un réseau d'assainissement, une certaine quantité peut être générée et libérée dans l'air sous forme de gaz toxique H2S. Il devient alors capital de surveiller et de contrôler la quantité de sulfure d'hydrogène formé afin que le public et le personnel intervenant dans les réseaux d'assainissement ne soient pas exposés à ce gaz toxique. La lutte contre les nuisances générées par la formation de substances nocives dans les réseaux d'assainissement nécessite une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu dans les mécanismes de formation de ces substances et une optimisation des injections de réactifs neutralisants appropriés. En effet, si les nuisances olfactives sont la première cause de motivation pour le traitement des eaux résiduaires dans un réseau d'assainissement, les conséquences néfastes sur la santé ainsi que le coût engendré par la maintenance du réseau d'assainissement, comme le coût généré par la corrosion du réseau d'assainissement par des substances nocives et le coût des réactifs neutralisants, entrent de plus en plus en considération. 3058998 2 Il est connu d'avoir recours à une surveillance continue de la concentration en substance nocive présente dans l'atmosphère au-dessus du flux des eaux résiduaires dans un réseau d'assainissement. Par exemple, le document US 5/454,918 décrit un système dans lequel le temps d'injection et la quantité de réactif neutralisant à injecter dans un réseau 5 d'assainissement sont déterminés à partir de la mesure continue de la concentration en sulfure d'hydrogène présent dans l'atmosphère au-dessus du flux des eaux résiduaires. Cependant, ce type de système implique que la substance nocive, par exemple le sulfure d'hydrogène gazeux, soit déjà formée, donc que la nuisance nocive et olfactive ait été générée. 10 Il est également connu de l'homme du métier d'injecter un réactif neutralisant les substances nocives émises par les eaux résiduaires à un point d'injection situé en amont du point de mesure. Le document WO 2007/046705 décrit un système en deux parties : un contrôleur mesurant la concentration en substance nocive et un doseur contrôlant la quantité de réactif neutralisant à injecter dans le réseau d'assainissement considéré. La 15 station de dosage est située en amont de la station de contrôle : la mesure de la concentration en substance nocive a donc lieu à un endroit donné du réseau et l'injection de réactif neutralisant a lieu en amont de cet endroit. Néanmoins, un tel dispositif ne permet pas un traitement efficace des eaux résiduaires, la situation au point d'injection étant différente de celle au point de mesure. La quantité de réactif neutralisant à injecter 20 n'est donc pas optimisée dans ce cas car elle ne répond pas à une situation réelle dans le réseau au point d'injection. Une autre méthode pour lutter contre la formation de substances nocives dans les réseaux d'assainissement des eaux résiduaires consiste à prendre en compte des données historiques afin de s'affranchir de toute mesure directe sur le réseau d'assainissement. Par 25 exemple, le document EP2 778 141 décrit un système permettant de déterminer et contrôler l'injection de réactifs neutralisants afin d'éliminer ou réduire les émissions de gaz nocifs dans les collecteurs d'eaux résiduaires. Le dosage du réactif neutralisant est basé uniquement sur la collecte de données historiques. En effet, des données sur différents paramètres du réseau d'assainissement sont collectées et compilées afin d'obtenir des profils « temps secs » où, pour certaines périodes de temps, la quantité de 3058998 3 gaz nocif produit est prédite. Ensuite, la quantité de réactif neutralisant à injecter est calculée à l'aide d'un algorithme faisant intervenir un facteur pluie et le flux d'eaux résiduaires. Cependant un tel système ne permet pas une optimisation du traitement des eaux résiduaires car il ne permet pas de connaître la situation réelle des eaux résiduaires 5 à l'instant de l'injection. L'objet de la présente invention est donc de fournir une méthode et un dispositif permettant une injection optimisée et contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives dans un réseau d'assainissement avant leur génération dans ledit réseau. 10 RÉSUMÉ L'invention concerne une méthode d'injection contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives provenant des eaux résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : le prélèvement d'une quantité prédéterminée d'eaux résiduaires 15 présentes dans un réseau d'assainissement à un point de prélèvement ; le développement accéléré et amplifié des substances nocives présentes dans ledit prélèvement ; la mesure de la concentration en substances nocives présentes dans ledit prélèvement ; et 20 l'injection d'une quantité de réactif neutralisant, corrélée à la mesure de la concentration en substances nocives, à un point d'injection dans ledit réseau d'assainissement. Dans un mode de réalisation, la substance nocive est un gaz nocif choisi parmi, mais non limité à : sulfure d'hydrogène, mercaptans. Dans un mode de réalisation, le 25 développement accéléré et amplifié de substances nocives comprend la réduction d'espèces présentes dans les eaux résiduaires à l'aide de bactéries anaérobies réductrices. Dans un mode de réalisation, la mesure de la concentration en substances nocives comprend les étapes suivantes : 3058998 4 le stripage des substances nocives à partir des eaux résiduaires prélevées ; et la mesure de la concentration en substances nocives effectuée par une sonde pour la mesure de la substance nocive. 5 Dans un mode de réalisation, le réactif neutralisant est le chlorure de fer. Dans un mode de réalisation, le point d'injection est identique au point de prélèvement, ou le point d'injection est situé en aval du point de prélèvement sur un réseau d'assainissement. L'invention concerne également un dispositif d'injection contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives provenant des eaux résiduaires présentes dans un 10 réseau d'assainissement, mettant en oeuvre la méthode d'injection contrôlée selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif comprenant : des moyens de développement accéléré et amplifié de substances nocives ; des moyens d'alimentation en eaux résiduaires, prélevées à un point de 15 prélèvement d'un réseau d'assainissement, vers lesdits moyens de développement accéléré et amplifié de substances nocives ; des moyens de mesure de la concentration en substances nocives ; et un automate pour la régulation de l'injection d'une quantité de réactif neutralisant, corrélée à la mesure de la concentration en substances 20 nocives, à un point d'injection du réseau d'assainissement. Dans un mode de réalisation, la substance nocive est un gaz nocif choisi parmi, mais non limité à : sulfure d'hydrogène, mercaptans ; et le réactif neutralisant est le chlorure de fer. Dans un mode de réalisation, les moyens de développement accéléré et amplifié de substances nocives sont un réacteur comprenant une entrée pour les eaux résiduaires 25 prélevées, un matériau de support pour des bactéries anaérobies réductrices, une sortie d'effluent. Dans un mode de réalisation, les moyens de mesure de la concentration en substances nocives comprennent une chambre de stripage et une sonde pour la mesure du sulfure d'hydrogène. 3058998 5 DÉFINITIONS Dans la présente invention, les termes ci-dessous sont définis de la manière suivante : « Substance nocive » concerne toute substance dangereuse et/ou odorante et/ou émissive, susceptible d'occasionner des nuisances olfactives ou sanitaires. 5 Le terme « Eaux résiduaires » fait référence indistinctement aux « eaux résiduaires » industrielles et aux « eaux résiduaires » urbaines circulant dans un réseau d'assainissement. Ce terme concerne les eaux qui ont fait l'objet d'une utilisation domestique, agricole ou industrielle. « Aval » et « Amont » font référence à des positions relatives dans un réseau 10 d'assainissement. Le point situé en amont sur un réseau d'assainissement correspond à une position antérieure sur le chemin des eaux résiduaires, c'est-à-dire dans le sens du flux des eaux résiduaires, dans un réseau d'assainissement par rapport à un point situé en aval sur ledit même réseau d'assainissement. Le terme « Potentiel émissif » concerne la capacité d'une substance à produire et 15 émettre dans l'atmosphère des espèces nocives et/ou olfactives. Il correspond à la concentration en espèces nocives et/ou olfactives mesurée selon la méthode de la présente invention. Le terme « Effluent » désigne une fraction d'eaux résiduaires rejetée en sortie d'un réacteur à la suite du développement accéléré et amplifié de substances nocives dans 20 ladite fraction d'eaux résiduaires. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Selon un premier aspect, la présente invention concerne une méthode d'injection contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives provenant des eaux résiduaires 25 présentes dans un réseau d'assainissement. 3058998 6 Comme illustré sur la figure 1, la méthode d'injection contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives provenant des eaux résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement comprend les étapes suivantes : le prélèvement d'une quantité prédéterminée d'eaux résiduaires 5 présentes dans un réseau d'assainissement à un point de prélèvement ; le développement accéléré et amplifié de substances nocives présentes dans ledit prélèvement ; la mesure de la concentration en substances nocives présentes dans ledit prélèvement ; et 10 l'injection d'une quantité de réactif neutralisant, corrélée à la mesure de la concentration en substances nocives, à un point d'injection dans ledit réseau d'assainissement. La méthode d'injection contrôlée repose sur la détermination du potentiel émissif des eaux résiduaires à partir d'une simple mesure de concentration en substances nocives et 15 le traitement adapté desdites eaux résiduaires afin de limiter les nuisances nocives et/ou olfactives le long d'un réseau d'assainissement. Le potentiel émissif des eaux résiduaires correspond à leur capacité à produire et émettre dans l'atmosphère des espèces nocives et/ou olfactives telles que le sulfure d'hydrogène (H2S). Il est nécessaire d'évaluer rapidement et efficacement ce potentiel émissif des eaux résiduaires afin d'injecter dans 20 le réseau d'assainissement une dose de réactif neutralisant optimisée pour être au plus près de la demande réelle dans ledit réseau d'assainissement. La méthode proposée dans la présente invention permet de prédire en temps réel l'évolution du potentiel émissif de toutes eaux résiduaires. Des mesures correctives peuvent alors être initiées pour réduire ou éliminer la nuisance olfactive à l'aval du réseau d'assainissement. Cela permet de 25 prévenir la génération de substances nocives et donc l'apparition des nuisances correspondantes, de réduire les coûts d'utilisation de réactif neutralisant, et d'éviter la création de sous-produits nuisibles induite par un dosage excessif en réactif neutralisant. Selon un mode de réalisation, la substance nocive est un gaz nocif. Une substance nocive libérée dans l'atmosphère sous forme de gaz nocif sera d'autant plus dangereuse pour le 30 public au voisinage du réseau d'assainissement. 3058998 7 Selon un mode de réalisation, le gaz nocif peut être sélectionné parmi, mais non limité à : sulfure d'hydrogène, mercaptans. Selon un mode de réalisation, le gaz nocif est préférentiellement du sulfure d'hydrogène. Selon un mode de réalisation, le prélèvement d'une quantité prédéterminée d'eaux 5 résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement est effectué de façon continue. Ce prélèvement continu permet d'assurer un temps minimal de développement accéléré et amplifié des substances nocives et de recréer les conditions d'un flux d'eaux résiduaires durant le développement accéléré et amplifié des substances nocives. Selon un mode de réalisation, le développement accéléré et amplifié des substances 10 nocives permet d'accroître la sensibilité de la méthode. Selon un mode de réalisation, le prélèvement d'une quantité prédéterminée d'eaux résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement est effectué à l'aide d'un moyen de prélèvement mécanique. Selon un mode de réalisation, le prélèvement d'une quantité prédéterminée d'eaux 15 résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement est effectué à l'aide d'un moyen de pompage. Selon un mode de réalisation, le prélèvement d'une quantité prédéterminée d'eaux résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement est effectué à l'aide d'une pompe péristaltique. 20 Selon un mode de réalisation, le développement accéléré et amplifié de substances nocives comprend la reproduction en conditions réelles, de température, pH et charge carbonée, du phénomène de génération de substances nocives dans une enceinte. Ce développement accéléré et amplifié permet d'obtenir une concentration en substances nocives la plus proche de la concentration réelle dans le réseau d'assainissement après un 25 parcours donné dans ledit réseau d'assainissement. 3058998 8 Selon un mode de réalisation, le développement accéléré et amplifié de substances nocives comprend la réduction d'espèces présentes dans les eaux résiduaires à l'aide de bactéries anaérobies réductrices. Selon un mode de réalisation, le développement accéléré et amplifié de mercaptans 5 comprend la réduction de thiolates présents dans les eaux résiduaires à l'aide de bactéries anaérobies réductrices. Selon un mode de réalisation, le développement accéléré et amplifié de sulfure d'hydrogène comprend la réduction des sulfates présents dans des eaux résiduaires à l'aide de bactéries anaérobies sulfato-réductrices. Les bactéries anaérobies 10 sulfato-réductrices sont naturellement présentes dans les eaux résiduaires. La réduction des sulfates présents dans les eaux résiduaires en sulfures par lesdites bactéries est accompagnée d'une réaction d'oxydation de la matière carbonée également présente dans lesdites eaux résiduaires. Selon un mode de réalisation, comme illustré sur la figure 2, le développement accéléré 15 et amplifié de substances nocives a lieu dans un réacteur (2) comprenant une entrée (21) pour les eaux résiduaires prélevées, un matériau de support (1) pour les bactéries anaérobies réductrices, un agitateur mécanique rotatif (22), une soupape (23), une sortie d'effluent (24) et une vidange (25). Le réacteur (2) joue le rôle d'amplificateur : il accélère et intensifie l'activité réductrice des bactéries anaérobies. Le matériau de support 20 (1) assure le développement et la concentration de bactéries anaérobies ou biomasse. La biomasse fixée sur le matériau de support (1) assure une réaction rapide de production de substances nocives, et permet une réduction importante du volume et de l'encombrement du réacteur. Augmenter la quantité de biomasse dans le réacteur permet d'accélérer le développement des substances nocives dans les eaux résiduaires et permet donc de 25 diminuer le temps de séjour desdites eaux résiduaires dans le réacteur. L'agitateur mécanique rotatif (22) permet de maintenir le mélange eaux résiduaires - matériau support (1) en suspension et donc de s'affranchir d'une extraction de boues. La soupape (23) est disposée au sommet du réacteur (2) pour éliminer la surpression de gaz produit et maintenir une pression constante dans ledit réacteur (2). 3058998 9 Selon un mode de réalisation, le développement accéléré et amplifié de sulfure d'hydrogène a lieu dans un réacteur comprenant une entrée pour les eaux résiduaires prélevées, un matériau de support pour les bactéries anaérobies sulfato-réductrices, un agitateur mécanique rotatif, une soupape, une sortie d'effluent et une vidange 5 Selon un mode de réalisation, les eaux résiduaires sont introduites dans le réacteur à un niveau inférieur que le niveau par lequel les eaux résiduaires sont éjectées dudit réacteur. Cette disposition des points d'entrée et de sortie des eaux résiduaires dans le réacteur permet d'avoir un mélange homogène et d'éviter les phénomènes de décantation. Selon un mode de réalisation, le volume du réacteur est 100 mL, 200 mL 300 mL 400 mL 10 500 mL 600 mL 700 mL 800 mL 900 mL, 1 L, 1,1 L, 1,2 L, 1,3 L, 1,4 L, 1,5 L, 1,6 L, 1,7 L, 1,8 L, 1,9 L, ou 2 L. Selon un mode de réalisation, le volume du réacteur est préférentiellement 1 L. Selon un mode de réalisation, le taux de remplissage du réacteur par le matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices varie entre 20% et 50%. 15 Selon un mode de réalisation, le taux de remplissage du réacteur par le matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices est préférentiellement 40%. Selon un mode de réalisation, le matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices est un matériau de garnissage plastique. Les bactéries sont retenues sur le support sous la forme d'une couche dense de bactéries. 20 Selon un mode de réalisation, le matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices est composé d'anneaux de formes diverses en plastique choisi parmi, mais non limité à : polychlorure de vinyle, polyéthylène, propylène. Selon un mode de réalisation, la surface spécifique du matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices varie entre 100 et 350 m2/m3. 25 Selon un mode de réalisation, la surface spécifique du matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices est préférentiellement 230 m2/m3. 3058998 10 Selon un mode de réalisation, le taux de vide du matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices varie entre 90 et 99%. Selon un mode de réalisation, le taux de vide du matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices est préférentiellement 97%. 5 Selon un mode de réalisation, le poids volumique du matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices varie entre 30 et 90 kg/m3. Selon un mode de réalisation, le poids volumique du matériau de support pour les bactéries anaérobies réductrices est préférentiellement 40 kg/m3. Selon un mode de réalisation, le temps de séjour des eaux résiduaires dans le réacteur 10 varie entre 5 minutes et 30 minutes. Selon un mode de réalisation, le temps de séjour des eaux résiduaires dans le réacteur est préférentiellement 15 minutes. Selon un mode de réalisation, l'effluent de sortie du réacteur est évacué dudit réacteur sans recours à un moyen de pompage. 15 Selon un mode de réalisation, le gaz nocif est séparé de l'effluent à l'aide d'une chambre de stripage. Selon un mode de réalisation, la mesure de la concentration en substances nocives est effectuée à l'aide d'une sonde capable de détecter et de mesurer la concentration desdites substances nocives. 20 Selon un mode de réalisation, comme illustré sur la figure 3, la sonde (3) pour la détection et la mesure de la concentration en substances nocives est située au-dessus de la chambre de stripage (4). Dans ce mode de réalisation, les fuites pouvant être occasionnées par l'utilisation de raccordements supplémentaires entre ladite sonde (3) et ladite chambre de stripage (4) sont limitées, et la mesure est donc optimisée. 25 Selon un mode de réalisation, la sonde pour la détection et la mesure de la concentration en substances nocives n'est pas située au-dessus de la chambre de stripage. 3058998 11 Selon un mode de réalisation, la mesure de la concentration en substance nocive est effectuée à l'aide d'une sonde pour la mesure du sulfure d'hydrogène. Selon un mode de réalisation, le point d'injection est identique au point de prélèvement sur un réseau d'assainissement. 5 Selon un mode de réalisation, le point d'injection et le point de prélèvement sont deux points différents sur un réseau d'assainissement. Selon un mode de réalisation, le point d'injection est situé en aval du point de prélèvement sur un réseau d'assainissement. Selon un mode de réalisation, l'injection d'une quantité de réactif neutralisant est 10 effectuée à l'aide d'un automate. Selon un mode de réalisation, la quantité de réactif neutralisant à injecter est proportionnelle au débit d'eaux résiduaires, à un taux de traitement, et inversement proportionnelle à la concentration massique en réactif neutralisant. Selon un mode de réalisation, la quantité maximale de réactif neutralisant à injecter est 15 calculée comme suit : q= K * Q * T Où q est la quantité maximale de réactif neutralisant à injecter (L/h), K est une constante, Q est le débit effluent (L/h), T est le taux de traitement maximal prédéfini pour chaque intervalle de concentration en substance nocive (mg/L), et C est la concentration massique 20 en réactif neutralisant (mg/L). Selon un mode de réalisation, la gamme de sensibilité de détection de la sonde pour la mesure de la concentration en substance nocive comprend une pluralité de plages pour chacune desquelles correspond un taux de traitement maximal T. Selon un mode de réalisation, le taux de traitement maximal T est régulé par une formule 25 statistique de type SI (xi REVENDICATIONS1. Méthode d'injection contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives provenant des eaux résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : le prélèvement d'une quantité prédéterminée d'eaux résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement à un point de prélèvement ; le développement accéléré et amplifié des substances nocives présentes dans ledit prélèvement ; la mesure de la concentration en substances nocives présentes dans ledit prélèvement ; et l'injection d'une quantité de réactif neutralisant, corrélée à la mesure de la concentration en substances nocives, à un point d'injection dans ledit réseau d'assainissement. 2. Méthode d'injection contrôlée selon la revendication 1, dans laquelle la substance nocive est un gaz nocif tel que par exemple le sulfure d'hydrogène ou les mercaptans. 3. Méthode d'injection contrôlée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le développement accéléré et amplifié de substances nocives comprend la réduction d'espèces présentes dans les eaux résiduaires à l'aide de bactéries anaérobies réductrices. 4. Méthode d'injection contrôlée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la mesure de la concentration en substances nocives comprend les étapes suivantes : le stripage des substances nocives à partir des eaux résiduaires prélevées ; et la mesure de la concentration en substances nocives effectuée par une sonde pour la mesure de la substance nocive. 5. Méthode d'injection contrôlée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le réactif neutralisant est le chlorure de fer. 3058998 27 6. Méthode d'injection contrôlée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le point d'injection est identique au point de prélèvement, ou le point d'injection est situé en aval du point de prélèvement sur un réseau d'assainissement. 7. Dispositif d'injection contrôlée d'un réactif neutralisant de substances nocives 5 provenant des eaux résiduaires présentes dans un réseau d'assainissement, mettant en oeuvre la méthode d'injection contrôlée selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif comprenant : des moyens de développement accéléré et amplifié de substances nocives ; 10 des moyens d'alimentation en eaux résiduaires, prélevées à un point de prélèvement d'un réseau d'assainissement, vers lesdits moyens de développement accéléré et amplifié de substances nocives ; des moyens de mesure de la concentration en substances nocives ; et un automate pour la régulation de l'injection d'une quantité de réactif 15 neutralisant, corrélée à la mesure de la concentration en substances nocives, à un point d'injection du réseau d'assainissement. 8. Dispositif d'injection contrôlée selon la revendication 7, dans lequel la substance nocive est un gaz nocif tel que par exemple le sulfure d'hydrogène ou les mercaptans ; et le réactif neutralisant est le chlorure de fer. 20 9. Dispositif d'injection contrôlée selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel les moyens de développement accéléré et amplifié de substances nocives sont un réacteur (2) comprenant une entrée (21) pour les eaux résiduaires prélevées, un matériau de support (1) pour des bactéries anaérobies réductrices et une sortie d'effluent (24). 25 10. Dispositif d'injection contrôlée selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les moyens de mesure de la concentration en substances nocives comprennent une chambre de stripage (4) et une sonde (3) pour la mesure de la substance nocive.