Problématique environnementale du nitrite en agglomération ...s513518674.siteweb-initial.fr/app/download/30432976/2017+ASTEE… · (Projet BioSav –Passage de biofiltres en pré-dénitrification

ASTEE 96th Annual Conference – June 6 to 9, 2017

Liège, Belgique

Speaker: V. RocherSession 1809/06/2017#ASTEE2017

Problématique environnementale du nitrite en agglomération parisienne

Origine et solutions techniques envisageables

V. ROCHER1, S. MOTTELET2, C. JOIN3, S. AZIMI1, J. BERNIER1, S. GUERIN1, P. LESSARD4, A. PAUSS2, M. FLIESS3

[1] SIAAP, Direction du Développement et de la Prospective (DDP)

[2] UTC-Université de technologie de Compiègne

[3] ALIEN-SAS

[4] Université Laval – Université Laval (Québec) - Département de génie civil et de génie des eaux

ALIEN-SAS

1. Contexte général

- Evolution du contexte réglementaire et technique

- Emergence « récente » de la problématique du nitrite en Seine

2. Compréhension des processus d’apparition du nitrite lors de la post-dénitrification sur biofiltres

- Etude des facteurs d’exploitation contrôlant l’apparition du nitrite

- Construction du modèle SimBio (www.mocopee.com)

3. Focus sur la question des injections de méthanol

- Limites des modes d’injection actuels du méthanol

- Prise en compte du nitrite résiduel via la commande sans modèle (Alien-SAS)

Plan de l’exposé

Problématique du nitrite en agglomération parisienne










Plan de l’exposé


Contexte général


• Evolution du contexte réglementaire et technique

DCE fixe des NQE à atteindre dans la rivière, notamment pour le nitrite !

Etatchimique

Etat écologique

Etatbiologique

Etatphysico-chimique (subst. dangereuses

et prioritaires)

Arrêté 25 janvier 2010

10,50,30,1NO2- (mg NO2

- l-1)

mauvaismédiocremoyenbontrès bonParamètre

Limites des classes d’état

10,50,30,1NO2- (mg NO2

- l-1)

mauvaismédiocremoyenbontrès bonParamètre

Limites des classes d’état

0,1 mg N.l -1 !

Contexte général


• Evolution du contexte réglementaire et technique

Traitement de l’azote et notamment de la dénitrification des eaux usées

Choix de technologies compactes et réactives (Biofiltration)

2,1 106 m3 d’ERU nitrifiés sur les installations du SIAAP

+ de 1,3 106 m3 d’ERU dénitrifiés sur des biofiltres post-dénitrifiants

(Projet BioSav – Passage de biofiltres en pré-dénitrification + File membranaire)

Contexte général


• Emergence de la problématique du nitrite en Seine

Paris

Oissel

Bassin versant Seine Normandie

Seine Aval1 700 000 m3/j

Agglomération parisienne

Paris

Marne

Seine

Marne Aval75 000 m3/j

Seine Amont600 000 m3/j

Seine Centre240 000 m3/j

10 km

Seine Grésillons300 000 m3/j

Seine Morée50 000 m3/j

Poissy

Réseau de suivi de la qualité de la Seine en agglomération parisienne

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

Mise en eau de l’unité de nitrification /

post-dénitrification partielle de SAV*

Co

nc

en

tra

tio

ns

en

NH

4+

(mg

.l-1)

Très bon état Bon état Passable Médiocre Mauvais

Concentrations mesurées à Poissy(2005-2015)

La production de nitrites lors de la dénitrification des eaux usées par biofiltrationStratégie de contrôle et de réduction des concentrations résiduelles - Revue des Sciences de l’Eau - 2017

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

Contexte général



Paris

Oissel


Seine Aval1 700 000 m3/j

Agglomération parisienne

Paris

Marne

Seine

Marne Aval75 000 m3/j

Seine Amont600 000 m3/j

Seine Centre240 000 m3/j

10 km

Seine Grésillons300 000 m3/j

Seine Morée50 000 m3/j

Poissy

Réseau de suivi de la qualité de la Seine en agglomération parisienne

Mise en eau de l’unité de nitrification /

post-dénitrification partielle de SAV*

Co

nc

en

tra

tio

ns

en

NO

2-(m

g.l-

1)

Très bon état Bon état Passable Médiocre Mauvais

Concentrations mesurées à Poissy(2005-2015)


Contexte général



Paris

Oissel


Co

nc

en

tra

tio

ns

en

NO

2-(m

g.l-

1)

125 km

Evolution des concentrations en nitrites en Seine de Choisy à Oissel

(Base de données 2010-2015 [SIAAP – SNS], n = 36-262)

154 km

NQE


Contexte général



Paris

Oissel


Evolution des concentrations en nitrites en Seine de Choisy à Oissel

depuis 1970 à aujourd’hui (Base de données 1970-2015 [SNS], n = 12-132)

Ce

ntile

90

de

s c

on

ce

ntr

atio

ns

en

NO

2-(m

g.l-

1)











Plan de l’exposé


Compréhension des processus et modélisation


• Etude des facteurs d’exploitation contrôlant l’apparition de nitrites

Charge appliquée / Apport en carbone (nature / régulation) / Apport en phosphore

Nitrite accumulation during denitrification depends on the carbon quality and quantity in wastewater treatment with biofilters – ESPR (2015)

[Nitrite]résiduel

0 1 2 3 4 5 60 1 2 3 4 5 60

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

100%

80%

Charge volumique appliquée (kg N-NO3-.m-3.j-1)

Cha

rge

volu

miq

ue é

limin

ée

(kg

N-N

O3- .m

-3.j-

1 ) CVE

Diagramme CVe versus CVa (Cas des stations SAV et SEC)






Sous-dosage modéré

Sous-dosage marqué Sur-dosage

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 43,5

[NO3-]

0

2

4

6

0

5

10

15

20

Con

cent

ratio

ns r

ésid

uelle

s

(mg

N.l-

1 )

[NO3-]

résiduel[NO2

-] résiduel

[NO2-]

Rapport DBO injectée / N-NOx appliqué

Influence du dosage du substrat (cas de SEC)

Biofor® (SEC)






Influence de l’apport en phosphates (Cas de SAV)10

8

6

4

2

0

Nitr

ites

rési

duel

s en

sor

tie

(mg

N-N

O2- .l

-1)

2 2,5 3,53 4 64,5 5 5,5

CVa en N-NO3- (kg N-NO3

-.m-3.j-1)

P/N < 0,025

P/N > 0,03

Légende

Biofor® (SAV)



• Construction du modèle SimBio (MOCOPEE)

Réacteurs

biofilm

Réacteur

eau usée

Mé

dia

affluent

effluent

7 réacteurs

Modélisation du transport des composés + Modélisation de la conversion biologique +

Modélisation de l’encrassement

Modélisation déterministe de tous les processus physiques et biologiques impliqués dans les massifs

Thèse 2011-2013 – Jean BernierModélisation simultanée de l’enlèvement des nutriments et de l’évolution de la perte de charge en biofiltration des eaux usées

Modelling headloss and two-step denitrification in a full-scale wastewater postdenitrifying biofiltration plant

Journal of Environmental Engineering and Science. 2014










Plan de l’exposé


Focus sur les modes d’injection du méthanol


• Limites des pratiques actuelles

Réacteurs

NOXQCommande

boucle ouverteNOX

Commande basée sur un flux d’azote à éliminer

Connaissance métier



• Limites des pratiques actuelles

Réacteurs

NOXQCommande

boucle ouverteNOX

Commande basée sur un flux d’azote à éliminer

12h 18h

Time

[NO

2- ] in

the

efflu

ent (

mg

N.L

-1)

00h 06h 12h 18h 00h 06h 12h 18h 00h 06h0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Pratiques actuelles : régulation basée sur une mesure Nox entrée + consigne de sortie ou rendement visé

→ Instabilité du rapport C/N dans le système

→ Production erratique non contrôlée de nitrites !




• Prise en compte du nitrite résiduel via la commande sans modèle

NO3-

CSMRef. NO2- (=0.8)

+

+

Adapte et corrige en fonction de la mesure NO2-

(contribution qui peut être négative)

RéacteursCommande

boucle ouverte NO2-

Q

NOX

18


Commande testée : commande « sans modèle » basée le modèle ultra-local

→ Pas de modèle de connaissance

(difficile à obtenir / trop complexe pour définir une commande)

→ Pas nécessité suivi et adaptation au cours du temps

Constamment estimé et remis à jour (caractère adaptatif)

Commande testée sur SimBio®




0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6CSM

Contrôle actuel

optimisé

Nitrites résiduels(mg N/L)

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

CSMContrôle actuel

optimisé

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

CSMContrôle actuel

optimisé

Consommation CH3OH(Kg / filtre / jour)

Nitrates résiduels(mg N/L)

Analyse statistique des résultats de simulation

Concentrations résiduelles en

nitrites stables

Consommation équivalente en

CH3OH

Concentrations résiduelles

faibles en nitrates




0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6CSM

Contrôle actuel

optimisé


700

900

1100

1300

1500

1700

1900

CSMContrôle actuel

optimisé

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

CSMContrôle actuel

optimisé





nitrites stables


CH3OH


faibles en nitrates




0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6CSM

Contrôle actuel

optimisé


700

900

1100

1300

1500

1700

1900

CSMContrôle actuel

optimisé

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

CSMContrôle actuel

optimisé





nitrites stables


CH3OH


faibles en nitrates




0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6CSM

Contrôle actuel

optimisé


700

900

1100

1300

1500

1700

1900

CSMContrôle actuel

optimisé

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

CSMContrôle actuel

optimisé





nitrites stables


CH3OH


faibles en nitrates

1. Maîtrise du nitrite est un point clé pour l’atteinte des objectifs DCE

- NQE faibles et existence d’un « talon naturel » dans la rivière (nitrification notamment)

- Solutions techniques sur STEP:

- Privilégier les étapes de pré-dénitrification

- Contrôle des conditions d’exploitation des post-dénitrifications

- Charges volumiques appliquées + besoins en phosphore

- Ratio C/N stable dans le réacteur (monitoring nitrites + rétro-contrôle)

2. Question du nitrite peut être élargi aux autres espèces intermédiaires du cycle de l’azote, exemple du N2O

Conclusions


Full-scale post denitrifying biofilters: sinks of dissolved N2O – Science of the Total Environment 2016

Merci pour votre attention


Modélisation, Contrôle et Optimisation des

Procédés d’Epuration des Eaux

www.mocopee.com

Documents

Problématique environnementale du nitrite en agglomération ...s513518674.siteweb-initial.fr/app/download/30432976/2017+ASTEE… · (Projet BioSav –Passage de biofiltres en pré-dénitrification