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A l'heure actuelle, la mesure correcte de l'air d'oxydation dans le traitement de l'eau potable dépend, dans la plupart des réseaux d'adduction, d'un seul facteur: le nombre d'années d'expérience du responsable de l'aqueduc, chargé d'effectuer manuellement l'apport d'air dans l'eau non traitée grâce à une simple vanne. Grâce au système d'air d'oxydation de Bürkert, cette expérience est directement mise à profit dans un process régulé et documenté.
L'eau potable pompée dans le sol comporte de précieux minéraux, dont le fer et le manganèse. Toutefois, de fortes concentrations peuvent engendrer la formation de fâcheuses précipitations dans les tuyaux et les vannes ainsi que la décoloration de l'eau. L'ordonnance sur l'eau potable fixe donc des limites pour ces deux composants. Ces limites varient selon les pays et sont définies au niveau local par les différentes législations sur l'eau potable. Par exemple, en Europe, ces limites sont fixées par le Parlement européen, et aux Etats-Unis, par l'EPA (Environmental Protection Agency). Pour respecter ces limites, on injecte de l'air ou de l'oxygène dans l'eau non traitée du réseau d'adduction d'eau, en fonction de la qualité d'eau brute. Les oxydes précipités dans l'eau sont alors extraits de l'eau potable grâce à des filtres classiques. Il existe néanmoins d'autres techniques. L'oxydation peut se faire avec différents produits chimiques tels que le chlore ou l'ozone, mais la plupart du temps, on utilise de l'air comprimé
Dans la plupart des aqueducs, j'ajout d'air d'oxydation se fait manuellement, au moyen de simples vannes. Certes, cette procédure, si elle est effectuée par un responsable d'aqueduc expérimenté, permet de garantir avec certitude la qualité de l'eau potable, mais elle ne permet aucune traçabilité ni documentation. Si la composition ou la quantité d'eau potable varie, par exemple en raison d'un raccordement modifié entre différents puits dont la qualité de l'eau n'est pas la même, un nouveau réglage manuel s'impose, avec toute la perte de temps et d'argent que cela implique.
Bürkert, spécialiste de la technologie des fluides, a relevé ce problème il y a déjà quelque temps et a travaillé en collaboration avec des spécialistes de la planification et des experts en eau potable pour mettre au point une solution "prête à raccorder" pour la mesure automatisée de l'air d'oxydation. Le fonctionnement du boîtier d'oxydation repose sur un régulateur de débit massique haute performance à configuration flexible. Cette solution système compacte permet de réguler automatiquement la quantité de gaz nécessaire à l'oxydation selon les différents paramètres du process, afin d'obtenir des résultats optimaux avec une consommation de gaz minimale. Outre une qualité constante de l'eau et des process documentés et traçables, le système automatisé de mesure de l'air d'oxydation offre également de gros avantages économiques du fait de la consommation réduite d'oxygène et de l'optimisation du fonctionnement des compresseurs pendant la mesure de l'air.
Coffret pneumatique Bürkert pour le contrôle du filtre
Une base solide grâce à une planification professionnelle et au soutien apporté au projet
A l'issue de nombreux contacts avec des spécialistes en planification et des sociétés d'ingénierie spécialisées dans les réseaux d'adduction d'eau, les premiers prototypes de boîtier d'oxydation ont vu le jour chez Bürkert il y a une dizaine d'années. L'objectif consistait à développer une solution système compacte, flexible et fiable, qui permettrait de simplifier le processus manuel d'apport d'air d'oxydation exclusivement basé sur l'expérience du superviseur de l'aqueduc ; ce système devait égalmeent être relié à un régulateur de niveau supérieur pour permettre un process automatisé et reproductible. Outre la qualité constante de l'eau, l'automatisation était également motivée par des facteurs économiques. "Pour respecter les exigences de l'ordonnance sur l'eau potable, qui fixe une quantité maximale de 0.2 mg/l de fer et de 0.05 mg / l de manganèse, l'apport manuel d'air d'oxydation se traduit généralement par un surdosage de l'air d'oxydation", explique Harmut Schmalz, ingénieur commercial pour les systèmes techniques au Centre des ventes d'Hannovre de Bürkert. L'apport non contrôlé d'air dans l'eau non traitée peut entraîner des surcoûts superflus associés à une utilisation sous-optimale ou à un éventuel surdimensionnement des compresseurs. Si on utilise de l'oxygène pur pour l'oxydation, seulement un cinquième de la quantité requise est utilisé. Pourtant, il faut bien acheter de l'oxygène, et si l'alimentation n'est pas correctement régulée, cela engendre en plus des surcoûts qui pourraient être évités. La mesure d'air d'oxydation sur demande passe forcément par une détermination précise des paramètres pertinents du process tels que la pression d'entrée, la contre-pression et le débit. Chez Bürkert, ces paramètres sont définis grâce à un processus normalisé, selon un cahier des charges bien précis. Pour la conception du système de régulation de l'air d'oxydation, il faut également tenir compte des besoins en oxygène des différents procédés d'oxydation. Ces valeurs dépendent de la teneur en fer et en manganèse de l'eau non traitée : l'oxydation de 1 mg d'ions fer (II) nécessite 0.14 mg d'oxygène, tandis que l'oxydation de 1 mg d'ions manganèse (II) nécessite une quantité d'oxygène nettement plus élevée, à savoir 0.28 mg. La définition précise des paramètres du process nécessite parfois une étroite collaboration avec le spécialiste de la planification et le client final. En plus de la conception et de la production, Bürkert propose également un large éventail de services pour l'installation du système de régulation de l'oxydation, tels que le raccordement à l'automate ou au système de bus correspondant.
Un système modulaire qui offre des solutions "sur mesure"
Les premiers prototypes et les premières solutions personnalisées ont conduit au développement d'un système modulaire flexible d'un bon rapport qualité/prix, équipé de composants standards éprouvés pouvant facilement s'adapter aux beoins des utilisateurs individuels. Les régulateurs de débit massique (MFC) Bürkert de types 8626 et 8712 contribuent à la haute performance du boîtier d'oxydation. D'autres fonctions de sécurité telles que le contrôle de la pression, les vannes, les clapets anti-retour, le mode manuel ou les écrans de terrain sont proposées sur un base individuelle et livrées sous forme de solution "prête à raccorder" dans un coffret de pilotage en acier inoxydable ou sur un support de montage.
Les régulateurs de débit massique de type 8626 et 8712 sont des systèmes compacts comportant un débitmètre avec électronique de régulation et actionneurs. Selon le principe de mesure de la masse thermique, le MFC détermine le débit indépendamment de la pression d'entrée. Dans la plupart des aqueducs, cette pression peut fluctuer considérablement suite au branchement et au débranchement des pompes des différents puits. Le MFC permet néanmoins de déterminer avec fiabilité le débit de gaz et fournit des données de mesure en temps réel pour réguler le dosage de l'air d'oxydation. L'automate de niveau supérieur envoie généralement au système le point de consigne pour le dosage de l'air soit via un signal standard 4 à 20 mA, soit via une interface bus en option, par exemple, Profibus DP.
“La conception intelligente du boîtier d'oxydation Bürkert garantit une régulation précise de l'apport d'oxygène en fonction de la quantité actuelle d'eau non traitée. Cette quantité d'oxygène demeure reproductible et ne dépend plus de l'expertise du responsable de l'aqueduc. Chaque année, nous procédons au remplacement d'environ 10 pompes dans les puits, et jusqu'à présent, il fallait une semaine pour réguler la quantité d'oxygène. Cette époque est révolue et on obtient une mesure toujours précise. Grâce au contrôle précis de l'oxydation, il y a désormais moins de fer dans le réservoir d'eau traitée, ce qui nous évite la tâche laborieuse et coûteuse d'avoir à nettoyer la cuve. Cela évite également l'utilisation de désinfectants, ce qui est bon à la fois pour nous et pour l'environnement.”
Pour les applications dans de petits réseaux d'adduction d'eau non pourvus d'un automate séparé ou en cas de modernisation du système de mesure de l'air, dans le cadre de laquelle il vaut mieux éviter d'intervenir dans l'automate existant, le boîtier d'oxydation peut également être conçu comme un système autonome dans lequel tous les process de régulation sont effectués par un capteur de débit d'eau et un régulateur proportionnel. Le débit est alors mesuré à l'intérieur de la conduite d'eau non traitée à l'aide d'un capteur Q approprié, puis transmis à l'élément de régulation intégré konti-Dos® 8025. Cette dernière permet à l'utilisateur d'entrer directement la quantité requise en pourcentage sous forme numérique via un logiciel de commande simplifié. Le MFC est commandé par un signal standard transmis par l'élément de régulation et mesure en continu l'air d'oxydation envoyé dans la conduite d'eau non traitée selon le taux spécifié par rapport à la quantité d'eau. Les valeurs et les paramètres du process s'affichent sur un écran à des fins de contrôle. La quantité d'eau et la consommation d'air calculée peuvent être transmises via un signal à impulsions proportionné, en vue de leur enregistrement, par exemple, dans une salle de commande de niveau supérieur. Lors de l'entretien du régulateur de débit massique, très facile à installer et à désinstaller grâce à ses deux raccords amovibles, le flux d'air peut également être régulé grâce à une conduite de dérivation contenant une vanne pour l'alimentation temporairement non contrôlée en eau potable. La commutation entre le MFC et la conduite de dérivation se fait grâce à deux vannes à boisseau sphérique 3 voies. Pour permettre un contrôle visuel supplémentaire de la quantité d'air, un débitmètre à flotteur doté d'un cône en verre est intégré dans le flux d'air principal. Le MFC est équipé d'une rampe de démarrage préprogrammée pour protéger le débitmètre pourvu du cône en verre.
Oxidator Box Bürkert. Installation à la station municipale de Everswinkel.
Compétence dans la construction de coffrets de pilotage et la production d'acier inoxydable
Les coffrets de pilotage du boîtier d'oxydation sont fabriqués et assemblés dans le SystemHaus de Bürkert situé à Menden, près de Dortmund, notre centre spécialisé dans les régulateurs électropneumatiques. Le SYstemHaus regroupe toute la compétence de Bürkert dans la combinaison systématique de la technologie des fluides avec l'électronique et la fabrication d'acier inoxydable. Les boîtiers d'oxydation utilisés pour l'oxygène ne sont équipés que de composants exempts d'huile et de graisse compatibles avec l'application. Les canalisations sont toutes exemptes d'huile et de graisse. Des raccords de tuyaux sont utilisés pour l'entrée et la sortie d'air et des passe-câbles sont utilisés pour les lignes électriques étanches alimentant le MFC. Cette construction facilite l'installation et évitent les problèmes de raccords en cours de process. Un boîte à bornes intégrée contenant une alimentation électrique et un bornier de transfert est disponible en option.
Une solution à la carte d'un bon rapport qualité/prix
Bürkert a conçu ce système dimensionné sur-mesure dans une optique de réduction des coûts, d'intégration, de fonctionnement, fidèle à sa devise selon laquelle l'appareil doit être "parfaitement adapté aux besoins". Des fonctions supplémentaires de sécurité sont proposées, comme la surveillance de pressions, des vannes, des clapets anti-retour, une option commande manuelle, by-pass avec ou sans affichage. Tout ceci intégré dans une armoire en inox sur une platine de montage. L'objectif de la solution "clé en main" étant d'éviter tout surdimensionnement et toute fonction superflue pour l'application concernée. Outre le traitement de l'eau potable municipale, le boîtier d'oxydation convient également à d'autres applications dans lesquelles des milieux gazeux doivent être mesurés et régulés à l'intérieur d'un flux liquide. Comme par exemple :
- Pisciculture : contrôle précis de la teneur en oxygène (bassin de culture).
- Nanofiltration ou osmose inverse : régulation du pH par injection de CO2 pour le prétraitement de l'eau d'alimentation pour fonction normalement ouverte ou normalement fermée.
- Boissons : dans les brasseries, aération du bassin par injection d'air stérile ou d'oxygène, intertage.
Une oxydation régulée, c'est un procédé maitrisé et par conséquent de réelles économies réalisées.