Résumés
Résumé
Le développement des unités de post-dénitrification dans les stations d’épuration de l’agglomération parisienne a fait réémerger la problématique du nitrite dans les eaux de Seine en aval de Paris. Le contrôle de l’apparition des nitrites au cours de l’étape de post-dénitrification est donc devenu un enjeu technique majeur. Des études visant à mieux appréhender les mécanismes d’apparition du nitrite lors de la dénitrification des eaux usées et à étudier des évolutions techniques (métrologie et boucles de contrôle-commande des procédés) à mettre en oeuvre sur les usines pour contrôler et limiter sa production ont été engagées dans le cadre du programme Mocopée (www.mocopee.com). De précédents travaux ont montré que les modes usuels d’injection du méthanol ne permettent pas de s’assurer de la stabilité du rapport C/N dans le réacteur biologique et conduisent à une production erratique et incontrôlée de nitrites. La possibilité d’ajouter une « commande sans modèle » à la commande classique a donc été testée à l’aide du modèle mathématique SimBio, modèle permettant de simuler le fonctionnement des unités de biofiltration. La commande sans modèle placée « en fin de traitement », et basée sur la concentration en nitrites mesurée en sortie de procédé, se greffe à la méthode de contrôle classique en y apportant des corrections seulement au besoin. Les résultats des simulations montrent qu’une régulation des injections de méthanol basée sur la « commande sans modèle » permet de stabiliser et maîtriser le nitrite dans le rejet, sans induire d’augmentation des quantités de méthanol injectées.
Mots-clés :
- biofiltration,
- dénitrification,
- eau usée,
- exploitation,
- nitrites,
- station d’épuration
Abstract
The recent popularity of post-denitrification processes in the greater Paris area wastewater treatment plants has caused a resurgence of the presence of nitrite in the Seine River. Controlling the production of nitrite during the post-denitrification process has thus become a major technical issue. Research studies have been led in the MOCOPEE program (www.mocopee.com) to better understand the underlying mechanisms behind the production of nitrite during wastewater denitrification and to develop technical tools (measurement and control solutions) to assist on-site reductions of nitrite production. Prior studies have shown that typical methanol dosage strategies produce a varying carbon-to-nitrogen ratio in the reactor, which in turn leads to unstable nitrite concentrations in the effluent. The possibility of adding a model-free control to the actual classical dosage strategy has thus been tested on the SimBio model, which simulates the behaviour of wastewater biofilters. The corresponding “intelligent” feedback loop, which is using effluent nitrite concentrations, compensates the classical strategy only when needed. Simulation results show a clear improvement in average nitrite concentration level and level stability in the effluent, without a notable increase in the cost in methanol.
Keywords:
- biofiltration,
- denitrification,
- wastewater,
- plant operation,
- nitrites,
- wastewater treatment plant
Parties annexes
Références bibliographiques
- AGEE J.T., S. KIZIR et Z. BINGUL (2015). Intelligent proportional-integral (iPI) control of a single link flexible joint manipulator. J. Vib. Control, 21, 2273-2288.
- ÅSTRÖM K.J. et R.M. MURRAY (2008). Feedback systems: An introduction for scientists and engineers. Princeton University Press, Princeton, NJ, États-Unis, 408 p.
- BERNIER J., V. ROCHER et P. LESSARD (2014). Modelling headloss and two-step denitrification in a full-scale wastewater post-denitrifying biofiltration plant. J. Environ. Eng. Sci., 9 (3), 171-180.
- CAO L., H. Li et H. ZHANG (2016). Model-free power control of front-end PFC AC/DC converter for on-board charger. 8th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC-ECCE Asia), 22-25 mai 2016, IEEE, Hefei, Chine.
- DE LARMINAT P. (2009). Automatique appliquée, 2e édition, Hermès-Lavoisier, Paris, France, 390 p.
- FLIESS M. et C. JOIN (2013). Model-free control. Int. J. Control, 86, 2228-2252.
- FLIESS M. et H. SIRA-RAMIREZ (2008). Closed-loop parametric identification for continuous-time linear systems via new algebraic techniques. Dans : Identification of continuous-time models from sampled data. GARNIER H. et L. WANG (éd.), Springer, pp. 362-391.
- FRANKLIN G.F., J.D. POWELL et A. EMMANI-NAEINI (2015). Feedback control of dynamic systems, 7th edition, Pearson Education, Harlow, Royaume-Uni, 880 p.
- GEDOUIN P.A., E. DELALEAU, J.M. BOURGEOT, C. JOIN, S. ARAB-CHIRANI et S. CALLOCH (2011). Experimental comparison of classical pid and model-free control: position control of a shape memory alloy active spring. Control Eng. Pract., 19, 433-441.
- HENZE M., C.P.L. GRADY, W. GUJER, G.V.R. MARAIS et T. MATSUO (1987). A general-model for single-sludge waste-water treatment systems. Water Res., 21, 505-515.
- HIATT W.C. et C.P.L. GRADY (2008). An updated process model for carbon oxidation, nitrification and denitrification. Water Environ. Res., 80, 2145-2156.
- HORNER R.M.W., R.J. JARVIS et R.I. MACKIE (1986). Deep bed filtration: a new look at the basic equations. Water Res., 20, 215-220.
- JOIN C., J. BERNIER, S. MOTTELET, M. FLIESS, S. RECHDAOUI-GUERIN, S. AZIMI et V. ROCHER (2017). A simple and efficient feedback control strategy for wastewater denitrification. IFAC 2017 World Congress, 9-14 juillet, Toulouse, France.
- JOIN C., F. CHAXEL et M. FLIESS (2013). “Intelligent” controllers on cheap and small programmable devices. 2nd International Conference on Control Fault-Tolerant Systems, 9-11 octobre 2013, Nice, France, Compte rendu, pp. 554-559. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00845795/en/
- JOIN C., G. ROBERT et M. FLIESS (2010). Vers une commande sans modèle pour aménagements hydroélectriques en cascade. 6e Conférence internationale francophone d’automatique, 2-4 juin 2010, Nancy, France. https://hal.archives-ouvertes.fr/inria-00460912/en/
- LAFONT F., J.F. BALMAT, N. PESSEL et M. FLIESS (2015). A model-free control strategy for an experimental greenhouse with an application to fault accommodation. Comput. Electron. Agric., 110, 139-149.
- ROCHER V., C. PAFFONI, A. GONCALVES, S. AZIMI et C. BRIAND (2011a). Conditions d'apparition des nitrites lors de la dénitrification des eaux usées par biofiltration. 1. Importance de la charge appliquée en azote. L'Eau, l'Industrie, les Nuisances, 344, 384-388.
- ROCHER V., C. PAFFONI, A. GONCALVES, S. AZIMI, S. GUERIN-RECHDAOUI et A. PAUSS (2011b). Conditions d'apparition des nitrites lors de la dénitrification des eaux usées par biofiltration. 2. Importance des apports en substrat carboné. L'Eau, l'Industrie, les Nuisances, 344, 389-397.
- ROCHER V., P. MECHE, S. GUERIN-RECHDAOUI, C. PAFFONI, A. GONCALVES et S. AZIMI (2011c). Conditions d'apparition des nitrites lors de la dénitrification des eaux usées par biofiltration. 3. Importance des apports en phosphore. L'Eau, l'Industrie, les Nuisances, 344, 398-404.
- ROCHER V., C. PAFFONI, A. GONCALVES, S. GUERIN, S. AZIMI, J. GASPERI, R. MOILLERON et A. PAUSS (2012a). Municipal wastewater treatment by biofiltration: comparisons of various treatment layouts. Part 1: Assessment of carbon and nitrogen removal. Water Sci. Technol., 65 (9), 1705-1712.
- ROCHER V., C. PAFFONI, A. GONCALVES, S. AZIMI et A. PAUSS (2012b). Municipal wastewater treatment by biofiltration: comparisons of various treatment layouts. Part 2: Assessment of the operating costs in optimal conditions. Water Sci. Technol., 65 (9), 1713-1719.
- ROCHER V., J. BERNIER, S. GUERIN et P. LESSARD (2014a). Modélisation du fonctionnement des biofiltres nitrifiants de la station d’épuration Seine Aval (Siaap) : Cas des performances épuratoires. TSM, 11, 85-104.
- ROCHER V., BERNIER J., GUERIN S. et LESSARD P. (2014b). Modélisation du fonctionnement des biofiltres nitrifiants de la station d’épuration Seine Aval (Siaap) : Cas de l’encrassement et des pertes de charge. TSM, 11, 106-118.
- ROCHER V., A.M. LAVERMAN, J. GASPERI, S. AZIMI, S. GUERIN, S. MOTTELET, T. VILLIERES et A. PAUSS (2015). Nitrite accumulation during denitrification depends on the carbon quality and quantity in wastewater treatment with biofilters. Environ. Sci. Pollut. Res., 22 (13), 10179-10188.
- SIRA-RAMIREZ H., C. GARCIA-RODRIGUEZ, J. CORTES-ROMERO et A. LUVIANO-JUAREZ (2014). Algebraic identification and estimation methods in feedback control systems. John Wiley & Sons, Chichester, Royaume-Uni, 373 p.
- SPENGEL D.B. et D.A. DZOMBAK (1992). Biokinetic modelling and scale-up considerations for rotating biological reactor contactors. Water Environ. Res., 64, 223-235.
- YOSIDA K. (1984). Operational calculus. A theory of hyperfunctions. Springer, New York, NY, États-Unis, 170 p.