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Soufflantes d’aération des eaux usées : types et consommation d’énergie

Un rapport de l’EPA américaine de 2010 décrit les soufflantes d’aération des eaux usées comme des compresseurs d’air basse pression et grand débit, le plus souvent volumétriques ou centrifuges, qui alimentent les systèmes d’aération par diffusion, et, citant la WEF, situe l’aération entre 25 % et jusqu’à 60 % de la consommation totale d’énergie d’une station d’épuration.

Où va l’air

Le rapport de l’EPA de 2010 sur les mesures d’économie d’énergie pour les stations d’épuration explique que les eaux usées sont aérées en y faisant barboter de l’air ou de l’oxygène de haute pureté, ou en les brassant, et que les deux systèmes les plus courants sont l’aération par diffusion et l’aération mécanique de surface. Un système d’aération par diffusion comprend une prise d’air, généralement équipée de filtres qui protègent les soufflantes et les diffuseurs des particules en suspension dans l’air, les soufflantes, la tuyauterie d’air, les diffuseurs et les commandes. La perte de charge dans la tuyauterie d’air est généralement inférieure à 10 % de la pression totale du système.

Types de soufflantes

TypeDébit et pression typiquesRemarques du rapport de l’EPA
Volumétriquede 5 à 50 000 scfm, de 1 à 14 psigVolume d’air fixe à chaque tour d’arbre ; faible coût d’investissement, économique à petite échelle ; difficile à exploiter à débit variable sans variateur de fréquence (VFD), peut être bruyante, demande plus de maintenance et est généralement la moins efficace sur le plan énergétique
Centrifuge multiétagéede 500 à 30 000 scfm, de 4 à 14 psigPeut être plus efficace sur le plan énergétique qu’une soufflante volumétrique ; le rendement baisse à débit réduit
Centrifuge monoétagée à multiplicateur intégréde 500 à 70 000 scfm, de 4 à 24 psigPeut être plus efficace sur le plan énergétique qu’une soufflante multiétagée ou volumétrique et peut garder un bon rendement à débit réduit ; coût d’investissement plus élevé
Centrifuge monoétagée sans engrenages (turbo à grande vitesse)de 400 à 10 000 scfm, de 4 à 35 psigFaible encombrement ; efficace pour les débits d’air plus faibles ; décrite en 2010 comme une technologie nouvelle, avec un retour d’expérience limité

Le rapport de l’EPA reprend ces chiffres de la WEF (2009) et de la WEF et de l’ASCE (2010).

Adapter l’air à la demande en oxygène

Le rapport de l’EPA indique que le procédé d’aération peut représenter la plus forte demande d’énergie de toutes les opérations de la station, même si cette demande est propre à chaque site et peut varier fortement d’une station à l’autre. On peut économiser de l’énergie en concevant et en exploitant l’aération pour qu’elle corresponde le plus possible à la demande réelle en oxygène du procédé. Plus la concentration en oxygène dissous est proche de la saturation, plus le rendement de transfert d’oxygène est faible, et les diffuseurs à fines bulles ont le rendement le plus élevé de tous les systèmes d’aération par diffusion d’air ou mécanique. Les mesures classiques comprennent le bon dimensionnement des soufflantes, des soufflantes dédiées à l’aération des canaux et la disposition des diffuseurs dans le bassin.

Le guide sur l’air comprimé du département de l’Énergie des États-Unis (2016) cite l’injection (barbotage), qui comprend l’aération ou l’oxygénation d’un liquide à l’air comprimé, parmi les usages potentiellement inappropriés de l’air comprimé, et propose comme solutions de remplacement les soufflantes basse pression et les mélangeurs.

Ultra Controlo

Ultra Controlo distribue et entretient les gammes Gardner Denver et Elmo Rietschle, qui comprennent toutes deux des soufflantes dans le catalogue Industrial 2026 ; le catalogue ne les associe pas au traitement des eaux usées. Lorsque l’on utilise de l’oxygène plutôt que de l’air, la fiche technique ULTRAOX VSA cite les stations d’épuration parmi ses applications ; voir oxygène pour le traitement des eaux usées.

Autres questions

Quel type de soufflante est le moins efficace sur le plan énergétique ?

Le rapport de l’EPA de 2010 décrit les soufflantes volumétriques comme généralement les moins efficaces sur le plan énergétique, et indique que les soufflantes centrifuges peuvent être plus efficaces que les volumétriques.

L’oxygène peut-il remplacer l’air pour l’aération ?

Le rapport de l’EPA de 2010 note que les eaux usées sont aérées en y faisant barboter de l’air ou de l’oxygène de haute pureté. La fiche technique ULTRAOX VSA cite les stations d’épuration parmi ses applications ; la centrale délivre de l’oxygène de 75 % à 95 % à 50 kPa.

Sources

Les chiffres Ultra Controlo proviennent de ses fiches techniques. Les faits de tiers ont été lus à la source à la date indiquée.

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