Rapport de Stage Valenton

Valenton

Rgulation centrifugeuses en paississement

Juin/Aot 1998

BONNEAU Jrme2me anne cycle ingnieur Elve ingnieur Environnement

ETUDE DE FAISABILITE D'UNE MISE EN PLACE DE REGULATION PAR LOGIQUE FLOUE, SUR UNE CENTRIFUGEUSE A BOUES FONCTIONNANT EN EPAISSISSEMENT.

USINE D'EPURATION D'EAU SEINE AMONT A VALENTON (94) ANNEE 1997-1998 ECOLE DES METIERS DE L'ENVIRONNEMENTDegrmont confidentiel Reproduction interdite 1

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ABSTRACT

L'objectif initial de ce stage d'une dure de 3 mois sur le site de l'usine d'puration de Valenton (1,2 MEqH) tait d'tudier la faisabilit de l'optimisation de l'atelier de centrifugation par la mise en place de rgulation par logique floue sur des centrifugeuses boues fonctionnant en paississement. Ce type de centrifugeuse, encore assez peu rpandu, est utilis Valenton pour paissir des boues en excs ( environ 4g/L) provenant du circuit de recirculation entre le bassin d'aration et le clarificateur, et destines, aprs paississement, la digestion anarobie. A l'heure actuelle, la rgulation de la Vr de la centrifugeuse est de type PID, sa consigne est la concentration de sortie dsire, c'est--dire que la Vr (vitesse relative de la vis par rapport au bol de la centrifugeuse ) est asservie la mesure de concentration de la boue centrifuge de sortie. Il s'agit ainsi d'une rgulation aval. Une bonne rgulation de la centrifugeuse est obtenue lorsque l'cart entre la mesure de la concentration en sortie et la consigne est voisin de 0, cette consigne est fixe 40 g/L. Il s'avre que cette rgulation n'est pas optimale et ne permet pas de rester la valeur de consigne de faon stable. Aussi, il a t envisag de l'expertiser pour mieux comprendre ce process, le fonctionnement exact de la centrifugeuse et de connatre son comportement face diverses situations. Aussi, il a d'abord t ncessaire de fiabiliser et de valider toutes les mesures entrant dans le process et plus particulirement, la mesure de concentration des boues centrifuges. Les essais raliss, en production, ont permis, de mettre en vidence certaines particularits du process, de l'amliorer dans sa fiabilit, et ont permis d'clairer les zones d'ombre du fonctionnement de ce type de dcanteuse encore mal connue. Ceci a entre autre dbouch sur une abaque de principe, outil d'exploitation au quotidien, laisse l'exploitant, lui donnant les moyens de mieux grer ses consignes de fonctionnement tout en restant dans certaines limites lie la centrifugeuse. L'tude a galement mis en vidence qu'une rgulation par logique floue optimisant le fonctionnement de l'atelier centrifugation n'est pas, l'heure actuelle, envisageable sur ce type de machine, notamment cause d'un manque de ractivit des centrats face a des drives du systme et une non linarit de fonctionnement sur la Vr. De plus, l'objectif de l'paississement est bien de matriser les concentrations des bassins et non de faire marcher la machine au mieux de ses capacits.

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SOMMAIREI. DEGREMONT ..... A COULE DE SOURCE !! __________________________________ 6 II. LE SUJET (POURQUOI, OU, COMMENT ...) __________________________________ 6 III. L'USINE D'EPURATION DE VALENTON OU COMMENT TRAITER 300 000 M3/J _ 7A. Historique et caractristiques de la station __________________________________________ 71. Dbits entrants ________________________________________________________________________ 8 2. Flux de pollution ______________________________________________________________________ 8 3. Qualit du rejet________________________________________________________________________ 8

B. Le process _____________________________________________________________________ 81. Filire eau____________________________________________________________________________ 9 A) traitement physique__________________________________________________________________ 9 1 - Le dgrillage_____________________________________________________________________ 9 2 - Le dessablage ___________________________________________________________________ 10 3 - Le dshuilage ___________________________________________________________________ 10 4 - Dcantation primaire _____________________________________________________________ 11 b) Traitement biologique _______________________________________________________________ 11 1 - Aration _______________________________________________________________________ 12 2 - Les zones anoxiques :_____________________________________________________________ 13 3 - Clarification ____________________________________________________________________ 13 2. Filire boues _________________________________________________________________________ 15 1 - Centrifugation __________________________________________________________________ 15 2 - Digestion ______________________________________________________________________ 15 3 - Epaississement __________________________________________________________________ 16 4 - Conditionnement ________________________________________________________________ 16 5 - Dshydratation __________________________________________________________________ 17 6 - Incinration ____________________________________________________________________ 17 3. Schma rcapitulatif de traitement ________________________________________________________ 19 4. Les quipements annexes _______________________________________________________________ 20 1 - Dsodorisation __________________________________________________________________ 20 2 - Gaz ___________________________________________________________________________ 20 3 - Eau industrielle__________________________________________________________________ 20

IV. GENERALITES SUR L'EPAISSISSEMENT PAR CENTRIFUGATION ___________ 21A. Le fonctionnement d'une dcanteuse centrifuge _____________________________________ 211. Thories de la sparation : ______________________________________________________________ 21 2. Gravit et force centrifuge : _____________________________________________________________ 22 3. La loi de Stockes : ____________________________________________________________________ 23

B. Domaines d'application _________________________________________________________ 231. En traitement des eaux : ________________________________________________________________ 23 2. Autres applications :___________________________________________________________________ 23

C. Paramtres d'exploitation _______________________________________________________ 241. Vitesse absolue du bol VA: _____________________________________________________________ 2. Vitesse relative VR: ___________________________________________________________________ 3. Profondeur de l'anneau liquide :__________________________________________________________ 4. Centrifugabilit des boues:______________________________________________________________ 24 24 25 25

V. PRESENTATION DU PROCESS ____________________________________________ 26A. Circuit des boues_______________________________________________________________ 26 B. Le circuit des centrats___________________________________________________________ 26 C. Le skid de mesure ______________________________________________________________ 271. Introduction _________________________________________________________________________ 27 2. Le fonctionnement du skid______________________________________________________________ 27



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a) Schma de linstallation :_____________________________________________________________ 27 b) Principe de fonctionnement :__________________________________________________________ 27 3. La sonde de mesure ___________________________________________________________________ 28

VI. LA REGULATION________________________________________________________ 28A. Les rgulations classiques _______________________________________________________ 281. La rgulation TOR (Tout Ou Rien ) :______________________________________________________ 28 2. La rgulation standard : ________________________________________________________________ 28 3. Fonction de transfert dun rgulateur standard : _____________________________________________ 29

B. La rgulation par Logique Floue__________________________________________________ 291. Historique :__________________________________________________________________________ 2. Principe fondamental de la logique floue :__________________________________________________ 3. Rglage et commande par logique floue dans lapplication industrielle : __________________________ 4. Structure dun contrleur floue : _________________________________________________________ 5. Fuzzification :________________________________________________________________________ 6. Les infrences : ______________________________________________________________________ 7. Dfuzzification :______________________________________________________________________ 8. Conclusion sur la logique floue __________________________________________________________ 30 31 32 33 33 33 34 34

VII. EXPERTISE, ESSAIS ET MODELISATION _________________________________ 35A. Introduction __________________________________________________________________ 35 B. Variables dentre/sortie ________________________________________________________ 35 C. Phase 1 : Installation, familiarisation avec le process _________________________________ 361. Le cablage de l'enregistreur _____________________________________________________________ 36 2. Validation des mesures enregistres_______________________________________________________ 36

D. Phase 2 : Les parametres de fonctionnement, expertise avant essais_____________________ 361. Le dbit d'alimentation _________________________________________________________________ 2. L'utilisation du polymre _______________________________________________________________ 3. La boue en excs entrante ______________________________________________________________ 4. La rgulation en place _________________________________________________________________ 5. Conclusion sur l'expertise avant essais_____________________________________________________ 36 36 37 37 38

E. Phase 3 : Validation des mesures, Dysfonctionnements observs et solutions mises en uvre pour y remdier __________________________________________________________________ 381. Mauvaise corrlation entre concentration boue centrifuge et boue mlange ______________________ 2. Mauvaise rgulation lorsque le commutateur a t bascul en Manu sur l'armoire lectrique de la centrifugeuse __________________________________________________________________________ 3. Mode de rinage des sondes inefficace ____________________________________________________ 4. Corrlation MeS entree/centrats et dysfonctionnement lectrovanne de rabattage mousse, ____________ 5. Dcrochages des courbes de concentration _________________________________________________ 6. Conclusion sur la validite des mesures_____________________________________________________ 1. Essais d'identification, afin d'optimiser les rglages du PID ____________________________________ 2. Essais de variation de dbit (Rgulation en Auto) ____________________________________________ 3. L'volution des centrats en fonction de l'volution du systme __________________________________ 4. Variations de Vr CM constante et influence sur la concentration des boues centrifuges ____________ 5. Modlisation du comportement de la centrifugeuse suivant le type de Charge Massique entrante ______ 6. Conclusion sur la mise en place de la logique floue __________________________________________ 38 38 39 40 41 43 43 44 46 46 47 48

F. Phase 4 : Essais en vue d'une mise en place de rgulation par Logique Floue _____________ 43

VIII. CONCLUSION _________________________________________________________ 49 IX. BIBLIOGRAPHIE ________________________________________________________ 50 X. REMERCIEMENTS _______________________________________________________ 51 XI. ANNEXES ______________________________________________________________ 52A. ANNEXE 1 : L'limination de la pollution azote____________________________________ 52 B. ANNEXE 2 : constitution dune boue ______________________________________________ 54 Degrmont confidentiel Reproduction interdite 4

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1. Matire en suspension (mes) dans les boues liquides _________________________________________ a) Mthode par centrifugation (ce qui jai gnralement utilis): ________________________________ b) Mthode par filtration : ______________________________________________________________ 2. Rsidu sec ou matires sches (ms) : ______________________________________________________ a) Rsidu sec 105 C _________________________________________________________________ b) Rsidu sec 550C et matires volatiles (MV) : ___________________________________________

C. ANNEXE 3 : Mode opratoire de rinage du circuit de mesure ________________________ 56



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I.

DEGREMONT ..... A COULE DE SOURCE !!

Degrmont, filiale du Groupe Lyonnaise des Eaux-Dumez est une entreprise d'ingnierie spcialise dans la construction de stations de traitement des eaux rsiduaires urbaines et industrielles. L'entreprise possde une comptence sur l'ensemble des traitements d'eaux permettant de satisfaire les besoins des collectivits locales et industries quelle que soit la taille des installations ou la complexit des process. Degrmont dveloppe galement des activits de service tel que l'aprs-vente, la fabrication et la commercialisation de produits entrant dans le process du traitement de l'eau, la rhabilitation d'installations ou encore, comme c'est le cas Valenton, l'exploitation de stations. L'exploitation de la station de Valenton a t confie par le SIAAP (Syndicat Interdpartemental d'Assainissement de l'Agglomration Parisienne) la socit ESA (Exploitation Service Assainissement), filiale commune de Degrmont Exploitation et d'OTV.

II.

LE SUJET (POURQUOI, OU, COMMENT ...)

Le stage qui m'a t propos par Jacques AUDIBERT du dpartement Recherche et Dveloppement du CERDEG (Centre d'Etude et de Recherche Degrmont) est parti de l'ide qu'il serait envisageable de rguler des centrifugeuses en paississement de boues de faon plus optimise, par Logique Floue. Ce type de rgulation fonctionne actuellement parfaitement sur plusieurs sites pour des centrifugeuses boues en dshydratation. Le site de Valenton (Usine d'puration d'eau "Seine Amont") a t retenu pour raliser cette tude puisque le site utilise depuis peu des dcanteuses centrifuges pour paissir ses boues en excs avant de les envoyer en digestion. L'tude comportera plusieurs phases : une premire phase de recherche bibliographique au CERDEG, une deuxime phase sur site d'expertise, une troisime phase de validation des mesures et une dernire phase d'essais en vue de modliser au mieux le comportement de la centrifugeuse dans diverses situations, afin d'envisager la mise en place ventuelle d'une rgulation par logique floue sur le process. Toute cette tude sera ralise sur site, c'est--dire en production, et de ce fait je serais trs limit dans mes essais par les contraintes lies l'exploitation, n'tant pas indpendant du reste de la station comme sur un pilote d'essais, je raliserais mes essais en accord avec le responsable d'exploitation dans la mesure ou je ne perturberais pas significativement le process.



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III.

L'USINE D'EPURATION DE VALENTON OU COMMENT TRAITER 300 000 M 3 /J

A.

HISTORIQUE ET CARACTERISTIQUES DE LA STATION 1987- 1988 : mise en service de la premire tranche de l'usine d'puration"Seine Amont" (Valenton); capacit 150 000 m3/j.

1992 : mise en service de la seconde tranche; capacit globale ainsi porte 300 000 m3/j; soit en moyenne 12 500 m3/h. La capacit de pointe horaire est ainsi d'environ 18 750 m3/h.

Horizon 2015 : doublement de la capacit de l'usine, c'est--dire passage 600 000 m3/j par temps sec et 21 m3/s par temps de pluie pour un dbit journalier de 1,5 millions de m3.



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L'usine de Valenton, constitue de 4 files d'eau parallles, elles-mmes composes d'un dcanteur primaire, d'un arateur et de deux clarificateurs en parallle, traite la majeure partie des eaux uses du dpartement du Val de Marne, sa capacit de 300 000 m3/j, correspond environ 1,2 million d'quivalent habitants. Leau traite par la station est rejete en Seine Alfortville par l'intermdiaire d'un missaire de plusieurs kilomtres. Le traitement comprend la fois la pollution carbone et la pollution azote.

1.

DEBITS ENTRANTS300 000 m3/j 12 500 m3/h 18 750 m3/h

. capacit moyenne journalire ........................ . capacit moyenne horaire ............................. . capacit de pointe horaire ..............................

2.

FLUX DE POLLUTION189,3 t/j 97,5 t/j 72,4 t/j 19,2 t/j 16,1 t/j

. DCO (Demande Chimique en Oxygne )..... . DBO (Demande Biologique en Oxygne ).... . MeS (Matire en Suspension ).................... . NNTK (azote Kjeldahl ).................................. . NNH4 (azote ammoniacal) ............................

3.

QUALITE DU REJET

La norme impose que leffluent pur rponde aux objectifs de qualit suivants : .DCO ...................................................... .DBO5 .................................................... .MeS ...................................................... .NTK....................................................... < < < < 90 mg/L 20 mg/L 30 mg/L 10 mg/L

Ces objectifs doivent tre obtenus 95% du temps. On note en outre que la pollution rejete par habitant, selon les statistiques franaises (mmento technique de l'eau), est de : - 70 80 g/jour de matires en suspension ( MES ) - 35 g/jour de demande chimique en oxygne ( DCO ) sur une eau dcante - 60 70 g/jour de demande biochimique en oxygne ( DBO5) sur une eau prtraite - 10 15 g/jour de NTK En exploitation on obtient en fait des valeurs bien infrieures la norme requise : .DCO ...................................................... .DBO5 .................................................... .MeS ...................................................... .NTK....................................................... < < < < 70 mg/L 20 mg/L 25 mg/L 4 mg/L

Les DBO5 correspondent aux matires vivantes consommant loxygne dissous dans leau traiter. Les DCO regroupent les matires de toutes natures consommant de loxygne, dont les DBO5. Le rapport entre les deux pour des eaux rsiduaires urbaines est principalement compris entre 2 et 2,5.

B.

LE PROCESSReproduction interdite 8


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Le but de l'puration est de restituer au milieu naturel des effluents qui, aprs traitement physico-chimique et biologique, prsentent un risque de pollution minimal pour l'environnement. L'effluent brut subit un traitement physique suivi dun traitement biologique. Leau ressort alors pure de la station. Finalement, la pollution initialement prsente dans l'eau est concentre dans les boues, pour tre dtruite ; c'est l'objet du traitement des boues.

1.

FILIERE EAU

A)

TRAITEMENT PHYSIQUE

Objectif : Eliminer les lments volumineux, lourds, gras,... qui seraient gnants pour le traitement biologique. Les eaux rsiduaires urbaines , ainsi que les eaux de pluie, arrivant en entre de station sont charges de nombreux corps trangers, qui ne sont pas biodgradables . Leau est collecte par un rseau dgouts, le relvement, amenant la totalit de celle-ci au poste toutes eaux . A cet endroit, leffluent est charg de tout ce qui est rejet par lhomme, ou dplac par les courants . Aussi, le prtraitement est destin extraire de leau brute la plus grande quantit possible dlments dont la nature ou la dimension constituerait une gne pour les traitements ultrieurs. Lors du prtraitement, deux actions interviennent pour prparer leau son entre dans les bassins biologiques : Dgrillage et Dessablage/dshuilage simultans.

1-

Le dgrillage

Il s'agit essentiellement d'une protection pour les installations situes en aval de la station. Objectif : Eliminer les matriaux encombrants (bois, chiffons, plastiques, etc.) et ainsi, - protger les ouvrages aval contre larrive de gros objets susceptibles de provoquer des bouchages dans les diffrentes units de linstallation - sparer et vacuer facilement les matires volumineuses charries par leau rsiduaire, qui pourraient nuire lefficacit des traitements suivants, ou en compliquer lexcution . Principe : passage des effluents travers des grilles, pour retenir les matires de taille suprieure. Ralisation : Une grille grossire (80 mm) puis une grille fine (20 mm) en srie nettoyage automatique. Les refus de grilles sont vacus par bennes compacteuses vers des sites de traitement d'ordures mnagres.



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2-

Le dessablage

Objectif : Retenir les sables et autres matires minrales maintenus en suspension par le courant et ainsi, - viter les dpts dans les canaux et conduits ainsi que dans les pompes - protger les pompes et autres appareils contre labrasion - viter de perturber les stades de traitement suivants. L'action est porte ici sur les particules dau moins 200m. Principe : Dcantation de ces lments dans des canaux par diminution de la vitesse de transfert. Ralisation : Deux ouvrages double fonction dessableur-dshuileur. Chaque dessableur est constitu de 3 canaux longitudinaux fond tronconique avec pont mobile muni de pompes qui aspirent les sdiments vers un lavage puis stockage en trmies. Les sables sont vacus en dcharge. Le temps de sjour dans les dessableurs est denviron 12 mn. Lorsque le pont-mobile est sur le retour, un racleur de surface sabaisse et conduit les graisses vers un rservoir de stockage o elles seront traites ultrieurement .

Pont dessableur-deshuileur

3-

Le dshuilage

Le dgraissage, utilis en parallle avec le dessablage, a lavantage de permettre un dimensionnement de louvrage moins consquent. Objectif : Eliminer les flottants, gnralement gras, de densit infrieure celle de l'eau.



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Principe : Flottation de ces particules par insufflation d'air diffus dans le fond des canaux engendrant la formation "d'cumes". Ralisation : Le pont mobile du dessableur est muni de racleurs qui enlvent la couche superficielle d'cumes au niveau de la zone de dshuilage. Les cumes concentres sur un sparateur, sont envoyes en digestion. Aprs le prtraitement, les effluents prtraits sont partags sur 4 files deaux parallles, o ils subissent le mme type de traitement.

4-

Dcantation primaire

Objectif : Retenir une partie des matires en suspension (MES) les plus lourdes. Principe : Dcantation par diminution de la vitesse de transfert dans des bassins engendrant une accumulation de boue appele "boue primaire". Ralisation : Leau prtraite entre dans un bassin circulaire de 52 mtres de diamtre muni d'une charpente de raclage entranement central. Le temps de sjour moyen de leau est de 3h . La boue primaire est racle vers une fosse centrale de 600 m3 o elle s'paissit avant d'tre pompe. Elle est alors traite dans "la filire boue". Les traitements physiques permettent l'limination denviron 50 60 % des matires en suspension.

Dcanteur primaire vid

b)

TRAITEMENT BIOLOGIQUE



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Objectif : Eliminer la pollution restante majorit organique qui se prsente sous forme dissoute ou collodale non dcantable. Il se compose de l'Aration et de la Clarification.

1-

Aration

Objectif : Faire dgrader la pollution organique et minrale prsente dans leau dcante, par la population de micro-organismes qui y vit naturellement.

Principe : Bassin en deux parties : la premire, dans lequel on insuffle suffisamment dair pour entretenir les conditions favorables au dveloppement des micro-organismes qui vont consommer la pollution carbone et nitrifier et la deuxime partie anoxique dans laquelle les micro-organismes raliseront l'limination de la pollution azote avec la dnitrification.

Bassin d'aration en vue de dessus Ralisation : Un bassin circulaire de 68 m de diamtre, de 30 000 m3 de volume pour V1A et 33 000 m3 pour V1B, dont 25 000 m3 de zone are, o sopre la nitrification, en mme temps que la destruction de la pollution carbone, et 5 000 m3 de zone anoxique (8 000 m3 pour V1B), ncessaires la dnitrification. L'aration est ralise au moyen d'un rseau de 8700 diffuseurs (disques poreux) assurant la distribution de l'air sous forme de micro-bulles. Cet air ainsi distribu assure deux fonctions : - l'apport d'oxygne ncessaire au dveloppement des bactries, - le brassage de la liqueur are afin d'homogniser le mlange et d'viter la dcantation des micro-organismes qui sont agglomrs en flocs. Le temps de sjour moyen en zones ares est de 8 heures.



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La pollution organique (DCO, DBO) est dgrade par laration. Il faut donc maintenir une quantit doxygne dissous de 2 3 mg/l pour obtenir de bons rsultats en DCO, DBO, NTK. Il y a parfois incompatibilit entre le besoin dair pour maintenir les poreux en bon tat, et les besoins pour le traitement. De ce fait, les zones daration sont souvent satures, ce qui empche le bon fonctionnement de la rgulation, et cre une dpense exagre en nergie. De bonnes conditions de traitement de leau sont gnralement spcifies par la prsence de vorticelles (protozoaires) et de rotifres (mtazoaires) et permettent dinhiber le dveloppement des bactries filamenteuses, des bactries tueuses et des bactries sceptiques.

Disques poreux du bassin d'aration vid

2-

Les zones anoxiques :

Dans ces zones situes en tte de bassin, on ninsuffle pas dair. Loxygne qui sy trouve est uniquement li aux nitrates. Les micro-organismes qui y reviennent par la recirculation des boues, ont pour respirer le seul choix de dgrader ces nitrates pour en retirer loxygne. Lazote gazeux est libr en surface. La quantit de nitrates est diminue. Cest la dnitrification. Sur les files 1 et 2, constituant la premire tranche de construction, la zone anoxie de 5000 m3 est couverte et brasse laide de surpresseurs, qui rinjectent lazote atmosphrique confin entre la surface de la boue et la couverture. Sur la deuxime tranche, afin d'amliorer les performances, suite aux rsultats obtenus sur les files 1 et 2, les zones anoxies ont t couvertes, agrandies (8000 m3 au lieu de 5000 m3, c'est-dire 1 m de profondeur en plus), et sont dsormais homognises avec des agitateurs lents situs en fond de bassin. Les performances de dnitrification sont accrues. On obtient environ 45 % de dnitrification sur V1A et 55 % sur V1B. En contrepartie, il se produit parfois des phnomnes de moussage avec bactries filamenteuses sur V1B, chose qui n'est jamais arrive sur V1A. Lorigine de ces moussages n'est d'ailleurs pas lucid (temps de sjour trop long, insuffisance de brassage, mauvaise homognit du milieu,...) Le temps de sjour moyen en anoxie est de 1 heure sur V1A, et 2 heures sur V1B.

3Degrmont confidentiel

ClarificationReproduction interdite 13

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Objectif : Lobjectif est de sparer les boues actives et leau pure qui les contient en ralisant une dcantation. Les boues, ainsi dcantes, sont aspires par un pont suceur. Principe : Dcantation des flocs (agglomration des micro-organismes) par diminution de la vitesse dans les bassins. Ralisation : Bassin circulaire de 52 m de diamtre muni d'un pont suceur entranement central. Afin de maintenir une biomasse constante dans larateur, toute la boue active qui dcante dans le clarificateur est reprise par succion et renvoye dans la zone anoxie de l'arateur par lintermdiaire de vis d'Archimde. Cette boue est qualifie de boue de retour ou de recirculation . La boue active tant constitue de matires vivantes, il convient de rduire au minimum le temps de sjour de celles-ci dans les clarificateurs. Ce temps de sjour est denviron 5h . Parfois, une dnitrification prmature provoque des remontes de boues la surface des clarificateurs. Les cloisons siphodes retiennent ces boues pour viter leur entranement avec leau pure, et les stockent dans les bches cumes. Elles sont ensuite pompes pour tre recircules dans les bassins daration. Une petite partie de la boue recircule est pompe pour tre traite avec les boues. Ce sont les boues en excs. La quantit extraite correspond la quantit forme par la dgradation des matires polluantes. En thorie, la quantit de boues produites est proportionnelle (avec un coefficient 0.7) la DBO limine dans le bassin. Cette boue est envoye en partie dans le dcanteur primaire, lautre partie tant concentre directement par centrifugation, avant de rejoindre la digestion. Leau pure est envoye directement en SEINE. Vue de deux clarificateurs au premier plan



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2.

FILIERE BOUES

L'puration des eaux produit des boues quil faut traiter :EFFLUENT BRUT = EAU TRAITEE + BOUES BOUES FRAICHES = BOUES PRIMAIRES + UNE PARTIE DES BOUES EN EXCES

(renvoyes dans le dcanteur primaire) La boue en excs renvoye dans le dcanteur primaire a pour but de diminuer la densit de la boue primaire afin den faciliter le pompage. Les boues fraches, qui contiennent entre 80 et 85% de MV, doivent tre suffisamment concentres, avec un minimum deau, mais doivent galement avoir un temps de sjour le plus court possible ce stade pour viter les risques de fermentation (bullage) au sein du dcanteur. Si toutes les boues en excs taient envoyes dans le dcanteur, la fermentation serait trop forte, la dcantation difficile, et on nobtiendrait pas une bonne concentration des boues. Le niveau du lit de boues (nomm voile de boues) monterait dans le dcanteur, provoquant acidification, problmes de digestion, et mauvaises odeurs. Les boues en excs que lon nenvoie pas dans le dcanteur, sont concentres part, par des centrifugeuses. La boue centrifuge, rejoint les boues fraches avant lintroduction en digestion.

1-

Centrifugation

Objectif : Concentrer les boues en excs afin de dconcentrer les bassins d'aration. Principe : La centrifugation est un procd de sparation qui utilise laction de la force centrifuge pour provoquer la dcantation acclre des particules dun mlange liquide-solide. Ralisation : 3 centrifugeuses dimensionnes pour 66 m3/h sans adjuvant, et pouvant aller jusqu 100 m3/h avec polymre. Les caractristiques des centrifugeuses de modle D7L sont :poids de l'ensemble puissance des moteurs = = 11 Tonnes 132 kW pour le bol et 15 kW pour la vis 66 m3/h sans polymre et 100 m3/h avec polymre 2200 Trs/min sans polymre 2000 Trs/min avec polymre 2 20 Trs/min

dbit d'alimentation nominal = vitesse de bol max. vitesse relative = =

2Degrmont confidentiel

DigestionReproduction interdite 15

Valenton Objectifs :


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- Dcomposer la matire organique fermentescible pour stabiliser la boue, - Dtruire les germes pathognes, - Rduire le volume et le poids de matires.

Principe : Dcomposition des boues par des bactries anarobies 37 C dans un racteur ferm nomm digesteur. La destruction des matires organiques putrescibles a pour consquence la formation d'un biogaz haute teneur en mthane, environ 65 %. Ce gaz est galement form de 30 % environ de CO2, dun peu dazote et des impurets telles que lH2S. Ralisation : - 4 digesteurs primaires (2 de 8300 m3, 2 de 9300 m3) en parallle o s'effectue la premire phase de la digestion (temps de sjour moyen : 21 jours) une temprature voisine de 37 C obtenue grce des changeurs de chaleur eau/boue. - 1 digesteur secondaire (de 7600 m3) non chauff o s'achve la fermentation (temps de sjour moyen : 5 jours). Le brassage est assur par des surpresseurs qui rinjectent dans le digesteur une partie du gaz produit par fermentation. Ce brassage assure une bonne rpartition de la temprature dans toute la masse de boue, facilite le dgazage de la boue, vite la formation d'une crote la surface du liquide, et limine les risques de dcantation. La boue digre ressort aux alentours de 30 g/L pour partir vers les paississeurs.

3-

Epaississement

Objectif : Concentrer la boue par une diminution de sa teneur en eau. Cette phase seffectue lissue de la digestion. Principe : Dcantation naturelle des particules les plus lourdes et formation d'une couche plus liquide en surface qui est limine par surverse. Ralisation : 4 bassins circulaires de 52 m de diamtre (volume unitaire de 12000 m3) quips d'une charpente de raclage lent. Les paississeurs peuvent tre utiliss comme des stockeurs, selon les besoins de lexploitation. Ils permettent une souplesse pour faire des oprations de maintenance qui ncessitent des arrts prolongs des quipements de filtration, en aval. La boue paissie est pompe au centre via la dshydratation. Vue des 4 paississeurs

4-

Conditionnement

Objectif : Dtruire l'tat collodal des boues digres, afin d'en faciliter la dshydratation. Degrmont confidentiel Reproduction interdite 16

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Principe : Ajout d'un polymre cationique qui agglomre les collodes en librant leau interstitielle. Ralisation : Injection du polymre par pompage dans la boue en amont des filtres-presses. Au dmarrage de la station, le conditionnement se faisait par floculation de la boue avec de la chaux et du chlorure ferrique. Les installations existent toujours, mais sont larrt, ce conditionnement posant des problmes de compatibilit avec le four dincinration.

5-

Dshydratation

Objectif : Rduire la teneur en eau des boues. Principe : Filtration des boues sur filtres-presses Ralisation : 6 Filtres-presses. Les matires solides sont retenues prisonnires dans les chambres carre de 1,4 m de cot (140 par filtre) formes par le serrage ( 300 bars) de plateaux lgrement creux, recouverts de toiles filtrantes par lesquelles percole le filtrat (leau interstitielle). Les pompes pressent les boues environ 13 bars, pendant 2 4 heures. Le gteau de filtration, encore nomm cake , est rcupr lors des dbatissages manuels lissue de la filtration, sur des bandes transporteuses, qui le dirigent vers lincinration ou le parc de stockage. Ces gteaux sont composs denviron 30 % de matire sche, ( 70 % deau) . Ils sont solides, d'aspect noirtre, relativement lastiques et reprsentent la pollution qui a t te des effluents entrs sur la station. Ainsi au final, 300 000 m3/j deau brute se retrouvent concentres environ 200 m3/j de cake. Salle des filtres-presses

6-

Incinration

Objectif : Rduire au minimum le volume final de produit vacuer ainsi que les nuisances gnres par les boues. Degrmont confidentiel Reproduction interdite 17

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Principe : Combustion des boues. Ralisation : Un four lit de sable fluidis 800 C permet dincinrer en continu 8 T/h de cake, introduits par 8 vis dArchimde. Les cendres sont rcupres dans un laveur eau, avant le rejet de la vapeur deau par une chemine. Les cendres sont la partie minrale de la boue, soit environ 50 % en matires sches. Elles sont gouttes dans les lagunes, puis transfres sur un parc de stockage avant lvacuation en dcharge. A l'heure actuelle le four ne fonctionne pas car il est en rhabilitation afin d'tre aux normes en ce qui concerne les rejets l'atmosphre. Les boues sont donc stockes sur aire btonne avant d'tre envoyes par camions en pandage agricole.



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3.

SCHEMA RECAPITULATIF DE TRAITEMENT

EAU BRUTEby-pass

DEGRILLAGE

Dchets solides(compactage et vacuation en dcharge) cumes (graisses, huile)

DESSABLAGE / DESHUILAGEby-pass

sables

LAVAGEDES SABLES

Sables lavs(vacuation en dcharge ou valorisation)

DIGESTIONANAEROBIE

DECANTATIONPRIMAIREby-pass

boues fraches

EPAISSISSEURboues centrifuges

AERATIONboues recircules

DECANTATIONSECONDAIRE

boues en excs

CENTRIFUGATION

DESHYDRATATION

EAU TRAITEE

CHAULAGE

INCINERATION

REJET EN SEINE

Boues(vacuation en valorisation agricole)

Cendres(vacuation en dcharge ou valorisation)



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4.

LES EQUIPEMENTS ANNEXES

1-

Dsodorisation

Objectif : Supprimer les mauvaises odeurs gnres au niveau du prtraitement. Principe : Lavage chimique de l'air. Llimination des polluants est rgie par les lois de lchange gaz-liquide. Les principaux polluants peuvent tre classs en diffrentes catgories: - produits soufrs:H2S,mercaptans,sulfures - produits azots: ammonium, amines, oxydes damines, indole, scatole... - produits organiques divers : acides organiques (actique, propionique, butyrique....), aldhydes, phnols. Les solutions employes pour traiter les produits prcdents sont : soude, eau de Javel, acide et parfois eau ozone. Elles servent, soit capter le polluant par dissolution simple, soit le neutraliser par action chimique. Ralisation : L'ensemble des installations de dgrillage, raclage dcumes, refus de grille, est plac dans un btiment unique d'o l'air est extrait puis dsodoris par trois laveurs en srie (acide sulfurique, Javel, et soude). Lair dbarrass de ses particules malodorantes est relargu dans latmosphre et leau de lavage est renvoye en tte de station.

2-

Gaz

Le biogaz, form dans les digesteurs, par la destruction dune partie des matires organiques, est tout dabord stock dans un gazomtre, faible pression. Il est ensuite comprim environ 3 bars, dans une sphre de stockage. Le gaz constitue un appoint dnergie non ngligeable : - Il est brl dans les chaudires, afin de rchauffer de leau qui circule dans une boucle. Cette eau traverse des changeurs eau - boue, pour le chauffage 37 c des digesteurs. Cette boucle sert galement au chauffage des locaux, en hiver. - Le gaz est galement utilis pour incinrer les boues dshydrates. - enfin, il est utilis comme combustible pour les groupes lectrognes, pendant la priode dhiver (crtage des heures de pointe et des heures pleines dhiver).

3-

Eau industrielle

Objectif : Avoir un rseau deau non potable pour les besoins de refroidissement, arrosage, dilution, etc. Principe : - Un rseau en eau tamise, dite eau industrielle : pompage deau en SEINE, tamisage, et stockage dans un chteau deau pour avoir un rseau environ 3.5 bars. - Un rseau en eau dcarbonate : Une partie de leau industrielle est dcarbonate la chaux, pour tre distribue sur le refroidissement des pompes, appoint deau de la boucle eau chaude. Cette eau est adoucie, en plus de la dcarbonatation pour alimenter en appoint les tours de lavage de la dsodorisation.



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IV.

GENERALITES SUR CENTRIFUGATIONA.

L'EPAISSISSEMENT

PAR

LE FONCTIONNEMENT D'UNE DECANTEUSE CENTRIFUGE

La centrifugation est un procd de sparation qui utilise laction de la force centrifuge pour provoquer la dcantation acclre des particules dun mlange solide-liquide. Le principe de fonctionnement dune dcanteuse est dintroduire lintrieur du rotor le mlange dshydrater. Ce mlange est rparti entre le bol et la vis convoyeuse de sdiment, o il est soumis leffet d'une force centrifuge importante. Laction de la centrifugeuse est dfinissable, en mesurant la concentration des boues aprs cette phase de traitement. Le liquide clarifi ou centrat, est entran vers un orifice dvacuation, tandis que la boue progresse une vitesse rgle par le diffrentiel de rotation de la vis dextraction par rapport au bol, pour tre vacue lextrmit conique de ce mme bol. Toutefois avant dtudier la centrifugation et ses paramtres dexploitation, nous allons nous attarder sur les thories de la sparation.

1.

THEORIES DE LA SEPARATION :

La figure 1 montre un dcanteur par gravit, continu, dans lequel le liquide ou le mlange de liquides (si on ajoute du polymre) pntre en une des extrmits et scoule rgulirement vers lautre. Sur le chemin, les solides se dposent sur le fond et un liquide clair, sans particules, scoule de lorifice de sortie lextrmit oppose.

figure 1:

La figure 2 montre un sparateur centrifuge sdimentation simple o lon obtient le mme effet que sur la figure 1. En faisant tourner le rcipient, on engendre une force centrifuge de plusieurs fois la gravit, augmentant ainsi la vitesse de sdimentation.

figure 2 :

Ces solides peuvent tre retirs en continu par un transporteur vis dArchimde mont dans lensemble tournant. Ce principe est utilis dans les dcanteurs centrifuges (figure 3).

figure 3 :

Une amlioration du dcanteur par gravit de la figure 1 consiste monter un dflecteur du ct entre et des plaques inclines dans la cuve. Ceci accrot lefficacit de la sparation, Degrmont confidentiel Reproduction interdite 21

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les particules solides partant dune meilleure position de sdimentation et devant parcourir une distance plus courte avant datteindre leur point de sdimentation.

figure 4 :

Cette amlioration a t transpose aux dcanteuses rotatives et grce la rotation du rcipient et de ses inserts, leffet de la force centrifuge sajoutant celui des plaques inclines et la distance de sdimentation plus courte, on aboutit une sparation trs efficace.

figure 5 :

Dans lenceinte de centrifugation se forment deux phases principales distinctes : - un culot de centrifugation (sdiment) qui na gnralement pas une structure homogne. Il y a en effet, classification entre les particules de masse volumique leves (fond du culot de centrifugation) et les particules plus lgres (collodes organiques par exemple). - un liquide surnageant (centrat) qui est souvent constitu dune phase unique bien clarifie ou parfois trouble (prsence de fines particules collodales peu dcantables). Toutefois, il peut aussi comporter deux ou plusieurs phases si le liquide interstitiel du mlange comprend des lments de masse volumique diffrente (prsence dhuile par exemple).

2.

GRAVITE ET FORCE CENTRIFUGE :

Dans la sparation par gravit normale, la seule force agissant sur la sparation est la force normale de gravit (poids de lobjet). Il sagit dune force constante que lon ne peut modifier. La force engendre par un sparateur centrifuge est plus puissante de plusieurs milliers de fois, car un objet tournant autour dun axe une distance r de laxe une vitesse angulaire connat une acclration a dans le sens radial, selon la formule suivante: a = r 2 = (2 /60)2 n2 r = 0,011n2 r avec n en tours/minute Lacclration engendre par une sparation centrifuge est toujours exprime par rfrence au champ de gravitation terrestre en nombre de g:

2 r G = nombre de g = ------ = 11,2 .10-4 n2.r g Degrmont confidentiel Reproduction interdite

( g = 9,81 m/s2 )

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Dans un cas caractristique o r = 0.35m , g = 9,81m/s2 et n =2500 Trs/min 0,011 * 0,35 * (2500)2 G = ------------------------------ = 2450 9,81 Donc, un sparateur centrifuge peut amliorer la dcantation, par rapport la gravit, selon un rapport de 2450 1.

3.

LA LOI DE STOCKES :

La loi de Stockes est une formule relative la vitesse de sdimentation. Elle nonce que si une particule solide ou liquide se dplace dans un milieu visqueux sous leffet de la gravit, elle atteindra une vitesse constante. Il sagit de la vitesse de sdimentation Vg. A laide dune formule tire de la loi de Stockes, on peut calculer la vitesse de sdimentation : ( dp - dl ) Vg = d2 ----------- * g 18u avec : d - diamtre des particules dp - densit des particules dl - densit de la phase continue u - viscosit de la phase continue g - acclration due la pesanteur

Ainsi, on note que : 1- plus le diamtre de la particule est grand et plus la vitesse de sdimentation est leve. 2- plus la diffrence de densit entre la particule et la phase continue est importante et plus la vitesse de sdimentation est leve. 3- plus la viscosit de la phase continue est faible et plus la vitesse de sdimentation est leve.

B.

DOMAINES D'APPLICATION

1.

EN TRAITEMENT DES EAUX :

L'application la plus rpandue de la centrifugation est la sparation des matires solides de suspensions trs concentres. Utilise ainsi pour le traitement des boues rsiduaires, elle permet : - la dshydratation avec production d'un sdiment plus ou moins consistant selon la nature de la boue traiter (boues d'alimentation); - l'paississement acclr de boues faiblement concentres en vue de l'optimisation des filires de traitement des boues.

2.

AUTRES APPLICATIONS :

- transformation des minerais : industries de transformation du kaolin et du carbonate de calcium, producteurs de bentonite et de dioxyde de titane,



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- ptrochimie : raffineries de ptrole et industries annexes, comme les huiles de lubrification et les additifs pour huiles, - chimie organique : fabricants de produits intermdiaires et de produits finis organiques : la nitroglycrine, les colorants organiques et les pesticides. - chimie minrale : eau oxygne et autres agents de blanchiment, acides , produits siliceux et industrie des engrais.

C.

PARAMETRES D'EXPLOITATION

1.

VITESSE ABSOLUE DU BOL VA:

La dcantabilit est directement proportionnelle au carr de la vitesse de rotation du bol. Les champs centrifuges appliqus s'chelonnent de 500 1000 g (pour les gros diamtres) 3000-4000 g (pour les machines de plus petite taille). Dans notre cas nous sommes aux alentours de 2500 g. De fortes valeurs de VA (Tr/mn) permettent d'accrotre les dbits et amliorent compactage et siccit. Mais elles augmentent bruit, usure, vibrations et surtout, favorisent le reflux, en zone conique, de sdiments pteux texture fluente. Les modifications de VA peuvent s'effectuer par changement de poulie motrice ou par moteur vitesse variable.

2.

VITESSE RELATIVE VR:

Ce paramtre essentiel fixe la rapidit de convoyage du sdiment, et donc le temps d'essorage. Cette diffrence de vitesse est gnralement obtenue chez Guinard par l'intermdiaire d'un rducteur plantaires. La vitesse relative varie de 2 2O Trs/mn dans l'application de Valenton. Son augmentation permet d'accrotre le dbit volumique du solide dcant, dans les limites permises de remplissage de la vis. La diminution de VR permet d'obtenir des sdiments plus concentrs et un centrat plus clair; ceci jusqu' un certain point de fonctionnement o l on obtient des retours de sdiments dans les centrats.



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3.

PROFONDEUR DE L'ANNEAU LIQUIDE :

Le volume ou profondeur de l'anneau liquide est ajustable par dplacement d'oues de reprise amnages dans le plateau fix sur le bol en tte de zone cylindrique. La hauteur de l'anneau liquide, qui fixe la plage d'essorage, est souvent le paramtre dterminant du temps de rtention de la suspension ; ainsi le rglage de cet anneau est dterminant du taux d'hydratation du sdiment. Un anneau liquide bas favorise la siccit en dgageant une plage d'essorage en zone sche. Il faut cependant obtenir un sdiment suffisamment consistant, la sortie de l'anneau liquide, pour vaincre l'effet prolong de la force de reflux due la conicit du bol. Pour amliorer la siccit, certains constructeurs proposent mme une double conicit en zone d'essorage. Cependant, la meilleure valuation de bon fonctionnement d'une dcanteuse continue est le calcul du rendement d'extraction ou taux de capture Tc : CL ( CS - CA) --------------CA ( CS - CL) avec CA = concentration de la boue l'alimentation en % MeS; CS = siccit du sdiment en % MS; CL = concentration du liquide clarifi ou centrat en % MeS.

Tc = 1 -

La centrifugeuse doit normalement tre rgle pour obtenir un Tc de l'ordre de 0,95 , soit un rendement d'extraction de 95%.

4.

CENTRIFUGABILITE DES BOUES:

Si l'on soumet un chantillon de boue rsiduaire une centrifugation en laboratoire, on note dans le godet de centrifugation : - un liquide surnageant d'aspect trouble et contenant de fins collodes en suspension - un culot de sdiment pouvant se subdiviser en deux zones, l'une concentre, de matires denses (zone infrieure), l'autre moins concentre, de matires peu cohrentes donc assez pteuses. Si l'on rpte la mme exprience avec une boue flocule au moyen d'un polylectrolyte organique, on constate la formation : - d'un liquide clair surnageant, prsentant une trs faible teneur en MS; - d'un culot trs homogne prsentant une bonne cohsion. Cette aptitude de la suspension boueuse pouvoir se sparer par centrifugation en laboratoire en deux phases franches traduit la "centrifugabilit" de la boue que le conditionnement par polymre a pour but d'amliorer.

Exemple de centrifugation en laboratoire de boue urbaine: Degrmont confidentiel Reproduction interdite 25

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La centrifugabilit se caractrise par : - la clarification du centrat, dpendant du champ centrifuge, du temps de centrifugation et du dosage de polymre. Un centrat de centrifugeuse peut ne jamais tre totalement exempt de fins collodes (perturbations hydrauliques internes la machine) - le volume occup par le sdiment, car il conditionne le dbit massique potentiel de la machine

V.

PRESENTATION DU PROCESSA. CIRCUIT DES BOUES

L'paississement est effectu sur les boues en excs des files d'eau. Elles sont prleves dans chacune des tranches de l'puration biologique sur le circuit de recirculation qui va des clarificateurs aux arateurs. Elles sont alors envoyes vers une nourrice afin d'y tre reprises par 3 pompes boue, volumtriques permettant le gavage de chaque centrifugeuse. La boue entre alors en tte de centrifugeuse pour y tre paissie, et sort en fin de partie conique pour tomber dans une bche d'chantillonnage de faible volume (250 L), elle-mme place dans une grande bche boues centrifuges mlanges (50 m3) commune aux 3 centrifugeuses. Tout le surplus de boue qui tombe dans la bche d'chantillonnage passe par surverse dans la grande bche pour y tre homognis par brassage puis refoul, de faon intermittente, via les digesteurs puis les paississeurs pour finalement suivre la filire de dshydratation et de conditionnement. En ce qui concerne le circuit d'chantillonnage, les boues paissies sont prleves directement sous la centrifugeuse par la bche d'chantillonnage pour tre pompes 2 m3/h via les sondes IR de mesure de concentration, puis sont refoules dans la bche boue paissie mlange.

B.

LE CIRCUIT DES CENTRATS

Les centrats, produits par les centrifugeuses sont achemins vers une bche de reprise commune aux trois machines pour tre pomps de faon intermittente soit vers les arateurs, soit en tte de station. La concentration des centrats produits par chaque machine est mesure sur une boucle d'chantillonnage, par une sonde infrarouge place l'intrieur de chaque skid de mesure.



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C.

LE SKID DE MESURE 1. INTRODUCTION

Le skid de mesure est un brevet de Mr Descamps (Degrmont). Ils sont installs (un par centrifugeuse) dans un local proche des centrifugeuses. Lobjet de cet quipement est damliorer la prcision des mesures ralises par une sonde de turbidit en attnuant les effets des micro-bulles contenues dans le centrat la sortie des centrifugeuses. Un automate gre son utilisation avec des lavages priodiques, tandis quune OP (interface oprateur ) affiche le droulement du cycle. Un enregistreur m'a permis de suivre en permanence lvolution de la concentration des centrats. Le coffret lectrique est install sur le skid

2.

LE FONCTIONNEMENT DU SKID a) SCHEMA DE LINSTALLATION :

b)

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :



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Afin dattnuer limprcision des mesures due au moussage et la prsence de microbulles dans le centrat la sortie de la centrifugeuse, un skid de mesure de turbidit a t construit. Le principe fondamental du skid repose sur le fait quon laisse reposer le centrat afin de diminuer leffet des micro-bulles car ces micro-bulles sont confondues avec des particules par la sonde. On utilise pour cela un cylindre conique la base et lon introduit le centrat environ 5 cm du sommet. Par ce biais les micro-bulles ont tendance remonter la surface du rservoir en raison de la pousse dArchimde laquelle elles sont soumises. Aussi la force exerce par la pousse dArchimde est nettement plus importante que celle exerce par la force de pesanteur. Son efficacit est dautant plus importante que la vitesse dcoulement est trs faible, de lordre de 5cm/s, donc le liquide qui entre dans le cylindre met environ 15 20 s le traverser. Les bulles dair ont donc suffisamment de temps pour parvenir la surface. Le centrat est ensuite conduit vers un rservoir rectangulaire o se trouve la sonde mesurant la quantit de particules en suspension ou turbidit. Cette mesure est effectue la base du rservoir ainsi les bulles qui pourraient encore tre prsentes sont limines par le mme phnomne que dans le cylindro-conique. Le centrat provenant des rservoirs est ensuite rejet dans lgout ainsi que la surverse provenant du cylindre conique. Un rinage priodique de la sonde et des rservoirs est ralis par lautomate ainsi que llimination des mousses la surface du cylindre conique. Lalimentation en centrat est ralise par une pompe volumtrique dbit variable.

3.

LA SONDE DE MESURE

Il sagit dune sonde de marque Ponselle qui permet la mesure de la concentration de matires en suspension prsente dans le centrat, par mthodes infrarouge. Cette sonde est relie un botier lectronique qui affiche en permanence le signal de mesure (4-20 mA). La retransmission du signal de mesure est affiche la supervision en salle de commande.

VI.

LA REGULATIONA. LES REGULATIONS CLASSIQUES

1.

LA REGULATION TOR (TOUT OU RIEN ) :

Cette rgulation trs simple peut tre utilise pour un rglage de niveau dans un rservoir do lon soutire un dbit variable selon la consommation. Ce mode de rgulation utilise une vanne darrive deau qui souvre lorsquon atteint un niveau bas et se ferme lorsquon atteint un niveau haut. Le niveau haut et le niveau bas sont dtermines par une valeur de consigne.

2.

LA REGULATION STANDARD :

La figure suivante montre la structure dun rglage avec un rgulateur standard. V Degrmont confidentiel Reproduction interdite

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C

E

U

M

RSM

P

RS PC V

: rgulateur standard : procd : consigne : perturbation

U :signal de commande M: grandeur rgle E : cart de rglage (E= M-C )

3.

FONCTION DE TRANSFERT DUN REGULATEUR STANDARD :

Suivant les besoins imposs par le systme rgler, le rgulateur standard est une combinaison de plusieurs composants : - action proportionnelle (P) : elle consiste rendre lintensit de laction sur la grandeur de rglage proportionnelle lcart, linstant t, entre la grandeur et sa valeur de consigne. - action intgrale ( I ) :elle consiste rendre lintensit de laction sur la grandeur de rglage proportionnelle lintgrale dans le temps des carts entre la valeur de la grandeur rgle et sa valeur de consigne. - action drive ( D ) :elle consiste rendre lintensit de laction sur la grandeur de rglage proportionnelle la drive par rapport au temps de lcart entre la valeur instantane de la grandeur rgle et sa valeur de consigne. Laction proportionnelle laisse subsister un certain cart entre la valeur de consigne et la valeur mesure de la grandeur rgle. Laction proportionnelle et intgrale ramne lentement la grandeur rgle sa valeur de consigne. Laction PID permet dannuler plus rapidement lcart cre par la perturbation. Lobjectif dune rgulation PID est dobtenir - un signal de commande U constant - une grandeur rgle = la consigne et donc un cart de rglage nul

Cette objectif est atteint sur des procds stables mais cette rgulation nest pas efficace lorsque le procd est instable.

B.

LA REGULATION PAR LOGIQUE FLOUE

Plus proche du raisonnement humain, la logique floue, intgre aux automates traite de faon efficace des donnes complexes et imprcises. La logique floue sapplique plus particulirement quand les procds sont trs complexes modliser ou quand ils demandent un grand savoir-faire des oprateurs. Degrmont confidentiel Reproduction interdite 29

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Les mthodes de rglage conventionnelles se basent sur une modlisation adquate du systme rgler et un traitement analytique laide de fonctions de transfert ou dquation dtat. Par contre, le rglage par logique floue donne une approche plutt pragmatique et permet de retranscrire le savoir-faire et lexpertise de loprateur dans son langage, laide des rgles floues. La logique floue peut tre utilise dans diffrents cas dapplication : PID - en drivation dun PID

LF Ce type de rgulation ne prsente aucun intrt si le PID existant donnait dj satisfaction.

PID - en srie

LF Ce type de rgulation est utilis gnralement lorsque le PID ne donne pas pleinement satisfaction. On utilise ainsi la logique floue en complment de la rgulation classique afin damliorer sa performance. La logique floue peut tre ainsi utilise afin de modifier en fonction des entres, les rglages de Kp, Ti et Td. - seul LF

Lorsque aucune rgulation PID na t tablie ou que lunique utilisation de la logique floue suffit. La logique floue peut tre utilise pour le rglage et la commande de processus industriels lis lnergie, aux transports, la transformation de la matire, llectromnager, la robotique...

1.

HISTORIQUE :

La logique floue est laboutissement de nombreux travaux effectus par la communaut scientifique. Ainsi, au 18me sicle, Pascal, Bernouilli et Fermat (entre autres) sintressent au traitement des donnes empreintes dincertitude. La thorie sur les probabilits fournit des avances, du moins lorsque les donnes sont objectives (par exemple un lanc de ds ). Mais elle ne permet pas de traiter des donnes subjectives (par exemple, la fiabilit dune information fournie par un observateur, telles que les notions de "chaud", "grand", "brun" ). La thorie des probabilits ne permet donc pas de rsoudre le problme pos par les connaissances imprcises ou vagues. A partir des annes 30, toutes ces notions reviennent sur le devant de la scne. Di Fenetti et Ramsey abordent la notion de probabilit subjective (Bernouilli avait pos quelques jalons), Russel remarque que la logique formelle est mal adapte pour formaliser le raisonnement humain. Max Black (un philosophe) a lide de formaliser le sens des prdicats vagues ( leau est tide ) laide de fonctions numriques dappartenance. Paralllement, apparaissent les notions de logique multivalues . Degrmont confidentiel Reproduction interdite 30

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Les bases thoriques de la logique floue ont t tablies en 1965 par le professeur Lotfi A.ZADEH de luniversit de Californie. A cette poque, la thorie de la logique floue na pas t prise au srieux. En effet, les ordinateurs avec leur fonctionnement exact par tout ou rien (1 et 0 ) ont commenc se rpandre sur une large chelle. Par contre, la logique floue permet de traiter des variables non exactes dont la valeur peut varier entre 0 et 1.Initialement, cette thorie a t applique dans des domaines non techniques, comme le commerce, la jurisprudence ou la mdecine, pour complter les systmes experts et afin de leur donner laptitude de prise de dcision. Ds 1975, on trouve les premires applications au niveau des systmes de rglage. A partir de 1985, les Japonais ont t les premiers sintresser la logique.

2.

PRINCIPE FONDAMENTAL DE LA LOGIQUE FLOUE :

Afin de montrer le principe fondamental de la logique floue, on prsente un exemple simple, celui de la classification des personnes en trois ensembles "jeune", "entre deux ges" et "g". Selon la logique classique (logique de Boole), qui n'admet pour les variables que les deux valeurs 0 et 1, une telle classification pourrait se faire comme le montre la figure 1. Toutes les personnes ges de moins de 30 ans sont alors considres comme appartenant l'ensemble "jeune" et toutes les personnes ges de plus de 50 ans comme appartenant l'ensemble "g".

fig. 1 : Classification selon la logique classique

1 0 0 20 jeune

entre 2 ge 40 60

ge 80 100

Cependant, une telle logique de classification n'est mme pas logique. Pourquoi une personne, lorsqu'elle a une cinquantaine dannes, doit-elle tre considre comme appartenant l'ensemble "g"? En ralit, un tel passage se fait progressivement et individuellement. La logique floue, dont les variables peuvent prendre n'importe quelle valeur entre 0 et 1 (on parle alors de fonction d'appartenance ), permet de tenir compte de cette ralit. Les limites ne varient pas soudainement, mais progressivement. La figure 2 montre une classification possible pour l'exemple prcdent, cette fois-ci, l'aide de la logique floue. Ainsi, une personne de 25 ans appartient l'ensemble "jeune" avec une valeur =0.75 de la fonction et l'ensemble "entre deus ges" avec =0.25. Evidemment, la forme des fonctions d'appartenance n'est pas rigide et dpend du contexte envisag.

fig. 2 : Classification selon la logique floue

1 0.5 0 0 Degrmont confidentiel

jeune 20

entre 2 ges 40

g 60 80 100 31


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REGLAGE INDUSTRIELLE :

3.

ET COMMANDE PAR LOGIQUE FLOUE DANS LAPPLICATION

Un domaine dapplication de la logique floue qui devient de plus en plus important est celui du rglage et de la commande de processus industriels. Les algorithmes de rglage conventionnels sont alors remplacs par une srie de rgles linguistiques de la forme SI... , ALORS... . Ainsi, on obtient un algorithme et il est possible de prendre en considration lexprience des oprateurs pour la commande de processus, mal matrisables par des mthodes conventionnelles.

On peut mentionner quelques exemples dapplication : - sur une colonne de distillation : rsolution dun problme de maintien du niveau dans un ballon en tte dune colonne de distillation atmosphrique la raffinerie de Donges. Son rle est de stabiliser le dbit de sortie de la cavit tampon; on lui demande surtout danticiper les perturbations ventuelles, de faon viter une intervention humaine. Trois applications de ce contrleur floue sont maintenant utilises en raffinerie chez Elf. - un aspirateur qui reconnat le sol : le contrleur devait reconnatre le sol (moquette, parquet...) et la reconnaissance de loprateur (adulte, enfant...) peut galement tre envisage. En fonction de lenvironnement de travail ainsi reconnu, le contrleur devait ensuite choisir les rglages les mieux adapts et les faire voluer en fonction des perturbations ventuelles. - dans llectronique automobile pour un systme de commande anti-cliquetis et un rgulateur de ralenti. - un robot qui a le sens de lquilibre... Cette numration est loin dtre exhaustive, mais elle permet de mettre en vidence quelques cas dapplication.



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4.

STRUCTURE DUN CONTROLEUR

FLOUE :

Base de connaissance

Entres Fuzzification Transformation des entres en variable floues Infrences Module de raisonnement appliqu aux variables floues Dfuzzification

Commande

Calcule de la commande appliquer, partir des descriptions floues des variables de sortie

5.

FUZZIFICATION :

La Fuzzification consiste dfinir les fonctions dappartenance pour les diffrentes variables , en particulier pour les variables dentres. On ralise ainsi le passage de grandeurs physiques (grandeurs dtermines) en variables linguistiques (variables floues ) qui peuvent tre traites par les rgles dinfrence. Dans le cas de rglage par logique floue, on utilise en gnral des formes trapzodales et triangulaires pour les fonctions dappartenance. Bien quil nexiste pas de rgles prcises pour la dfinition des fonctions dappartenance, quelques directives gnrales seront donnes, afin de faciliter un premier choix. exemple de fonction dappartenance : Degr dappartenance eau froide 1 eau tide eau chaude

0 10 20 25 30

Temprature

6.

LES INFERENCES :

Les rgles dinfrence sont tablie partir de base de connaissance du procd et dexpertise et peuvent tre traduite sous forme de rgles de ce type : - rgle 1 : SI X1 est A1 ET X2 est B2 ALORS Y est C3

Lexpression X1 est A1 ET X2 est B2 est la prmisse de la rgle 1 tandis que Y est C3 est la conclusion de cette rgleX1, X2 sont des variables dentre Y, est une variable de sortie A1 , B2 sont les familles auxquelles appartiennent respectivement X1, X2 C3 est une famille de variable de sortie



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7.

DEFUZZIFICATION :

Le calcul de la commande consiste qualifier la (ou les) sortie floue et la transformer en grandeur numrique applicable au processus.

8.

CONCLUSION SUR LA LOGIQUE FLOUE

La logique floue peut apporter des solutions des problmes insolubles comme ceux rencontrs sur des procds pas, ou difficilement modlisables. Cest notamment le cas sur des procds dont la structure change avec les conditions de marche et ceux pour lesquels lexprimentation savre trs difficile. De plus, lutilisation de la logique floue permet, selon des chefs dentreprise, un gain dexploitation de 20% et un gain de facteur 10 dans la dure de dveloppement, afin de passer de la connaissance experte sous forme de rgles la gnration des codes. La logique floue parait tre un outil facilement assimilable par lutilisateur et trs performant car plus proche du raisonnement humain. Toutefois il ne faut pas se lancer corps perdu dans ce type de rgulation et oublier les rgulations PID classiques qui permettent de traiter les boucles classique de rgulation qui fonctionnaient trs bien auparavant.



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VII. EXPERTISE, ESSAIS ET MODELISATIONA. INTRODUCTIONLa raison du choix dune rgulation par logique floue sur une centrifugeuse est que la rgulation par PID existante ne donne pas entirement satisfaction. Cela est d au fait que ce type de rgulation nagit quau dernier moment. Ceci provoque de trop grandes variations de siccit entranant finalement des dysfonctionnements. Cest pourquoi R&D sest tourn vers lide de raliser une centrifugeuse intelligente , cest dire capable de donner une importance variable aux informations que lui transmettent les capteurs et autres sources dinformation. C'est la centrifugeuse N2 qui a t choisie pour tous les essais, car la plus "disponible".

B.

VARIABLES DENTREE/SORTIE

Lobjectif premier de la rgulation dj mise en place est dobtenir un centrat clair et une concentration boue centrifuge voisine de 40 g/L; puis un taux de capture lev, une consommation en polymre la plus faible possible et enfin pouvoir accepter un dbit massique de boue lentre, correct. Comme on peut le voir sur le schma suivant, lobjectif nest pas unique et les contraintes sont multiples, ce qui complique considrablement la rgulation. CM CM : Dbit massique de boue S : Siccit TC : Taux de Capture CP : Consommation de polymre en fonction de la CM entrante

S

TC

CP

Explication : La rgulation actuelle est une rgulation du type PID qui par action sur la Vr maintient la concentration de la boue centrifuge, une consigne prdfinie par loprateur. La logique floue (LF), en fonction de la turbidit du centrat et de la vitesse diffrentielle de la centrifugeuse, agit sur les dbits de boue et de polymre, par lintermdiaire dun variateur de frquence, afin dobtenir les rsultats escompts. Les 4 entres : la concentration de la boue centrifuge la vitesse relative le dbit de boue le dbit de polymre la turbidit des centrats la variation du dbit de boue la variation du dbit de polymre la variation de la Vr

Les 3 sorties :



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C.

PHASE 1 : INSTALLATION, FAMILIARISATION AVEC LE PROCESS

1.

LE CABLAGE DE L'ENREGISTREUR

La difficult rside dans le fait que le cblage doit tre effectu sans perturber le process ; aprs quelques essais infructueux, il a t dcid de rajouter des isolements galvaniques juste aprs l'insertion de l'enregistreur dans la boucle 4-20 mA du rgulateur. Les valeurs de Vr et de couple ont donc t reprises directement au botier lectrique prs des centrifugeuses, plus exactement au niveau de la sortie 4-20 mA du Microcor alors que les valeurs de concentration et de dbit ont t reprises au niveau de l'armoire lectrique du local lectrique de commande, des centrifugeuses et des divers quipements connexes. Il a donc t possible d'enregistrer 6 paramtres ( concentration des boues en excs, des centrats et de la boue paissie, dbit d'alimentation en boue, Vitesse relative et couple) et de les acqurir d'une part sur papier et d'autre part sur informatique, permettant ainsi un meilleur suivi.

2.

VALIDATION DES MESURES ENREGISTREES

De part la longueur du circuit, des pertes en lignes sont apparues. Afin d'avoir des valeurs les plus proches possibles sur l'enregistreur et sur les divers transmetteurs, il a fallu "tricher" un peu en dcalant les chelles 4-20 mA au niveau de l'enregistreur. Cette petite modification n'a pas d'influence sur la prise de mesure tant donn qu'on n'arrive jamais la pleine chelle. Aprs plusieurs essais sur le choix de l'chelle de temps approprie, il s'avre que la vitesse de dfilement du papier de 40 mm/h est la plus pratique pour bien voir des variations sans pour cela tre trop rapide et nous distraire de la tendance gnrale par des artefacts de mesure.

D.

PHASE 2 : LES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT, EXPERTISE AVANT ESSAIS 1. LE DEBIT D'ALIMENTATION

L'exploitation des centrifugeuses est dtermine quotidiennement par les consignes d'exploitation donne par le responsable d'exploitation au vue notamment des analyses effectues chaque jour par le laboratoire. Sur la station, certains lments du process sont automatiss c'est--dire qu'une rgulation est en place et que les appareils sont mis en mode Auto. Cependant le mode forc c'est--dire Manuel est utilis pour d'autres, c'est le cas par exemple du dbit d'alimentation des centrifugeuses, paramtre qui, l'heure actuelle, est dtermin manuellement suivant les consignes de la journe, c'est--dire suivant si il faut concentrer ou dconcentrer les bassins d'aration. Il est trs gnralement compris entre 60 et 70 m3/h par centrifugeuse lorsque les 3 sont en fonctionnement. Il est donc trs dpendant de la priode de l'anne (en Hiver les bassins sont plus concentrs qu'en t). Les plages de dbits utilises vont de 45 100 m3/h par centrifugeuse .

2.

L'UTILISATION DU POLYMERE

Suivant le dbit dsir, les centrifugeuses doivent marcher avec du polymre (polylectrolyte cationique de marque Degrmont Erpac). En effet, elles sont conues et garanties par le constructeur, Guinard, pour un dbit maximum de 130 m3/h, mais partir de 66 m3/h, il leur faut du polymre pour permettre des rendements acceptables, c'est--dire des taux de capture acceptables. Le polymre est utilis en moyenne 100 jours par an, raison de O,6 g/L pour un dbit de 650 L/h par centrifugeuse soit environ 5 tonnes /an. Le polymre utilis revient 28,4 F/kg, ceci nous donne donc environ 200 kF/an. Ce chiffre est comparer avec le cot du polymre utilis pour le conditionnement avant dshydratation, qui est proche de 7 MF /an. Degrmont confidentiel Reproduction interdite 36

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L'utilit du polymre n'est pas remise en cause, il permet un meilleur paississement et une meilleure capture des fines, qui ne se retrouveront pas dans les centrats. Il est cependant intressant de savoir que le cahier des charges tait l'origine prvu pour des boues en excs comprises entre 5 et 11 g/L, alors qu'aujourd'hui leur concentration est plutt aux alentours de 3,5 g/L.

3.

LA BOUE EN EXCES ENTRANTE

La concentration de boue en excs est relativement constante, elle se situe dans une plage de 3 6 g/L et ne bouge pas beaucoup sur 24 h. A l'poque du flottateur (dimensionn l'origine pour les surverses des paississeurs), ou l'extraction tait squentielle sur les 4 files (une par jour) les concentrations des bassins taient beaucoup plus leves et donc la concentration des boues recircules aussi. Les boues en excs avait des concentrations comprises entre 5 et 11 g/L. En ce qui concerne, la qualit de la boue en excs, c'est--dire le pourcentage en MV (Matires Volatiles) par rapport aux MS (Matires Sches), il apparat que le pourcentage de MV est un facteur assez stable sur l'anne et les annes antrieures, on ne retiendra donc pas ce paramtre comme facteur influant en paississement. Cette mesure de MV n'est pas accessible directement par une sonde mesure directe, elle ncessite tout un protocole de laboratoire, et ne peut tre lue qu'aprs une journe. A Valenton, le pourcentage de MVS se situe aux alentours de 80 %.

4.

LA REGULATION EN PLACE

La rgulation de la centrifugeuse est effectue actuellement par un rgulateur type PID dont les paramtres de rglage sont les suivants : Kp = 350 , Ti = 6 et Td = 0. Ils sont modifiables par l'oprateur l'aide du botier Microcor plac sur le coffret lectrique des centrifugeuses. Dans ce type de rgulation, on ne peut agir qu'a posteriori (ou feed-back control), c'est--dire que l'on ne peut agir que par des actions correctives ponctuelles, aprs que les effets des grandeurs perturbatrices aient produit un cart entre la mesure et la consigne. Aussi est-il important que le temps d'instabilit pendant lequel la centrifugeuse est dviante soit le plus petit possible. Il est possible de modifier les rglages sur le rgulateur PID (Proportionnel Intgral Driv) de la centrifugeuse : Vue du rgulateur Microcor et de l'afficheur Covirel Xp : l'action proportionnelle permet d'acclrer la rponse du rgulateur sur la Vr, ce qui a pour consquence de rduire l'cart entre la mesure et la consigne, mais un cart rsiduel subsiste. Ti : l'action intgrale permet d'annuler l'cart entre mesure et consigne suite des perturbations. Td : l'action drive permet de compenser les effets du temps mort du procd, elle a un effet stabilisateur.



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5.

CONCLUSION SUR L'EXPERTISE AVANT ESSAIS

On note d'une part que la plage de dbits utilise est assez large puisqu'elle va de 40 100 m"/h, avec emploi de polymre au del de 66 m3/h et d'autre part que la boue en excs entrante a une qualit et une concentration stable voisine de 3,5g/L. Le point de fonctionnement de la centrifugeuse est donc diffrent de celui prvu l'origine de leur installation o la concentration boue en excs tait comprise entre 6 et 11 g/L. Enfin, la rgulation actuelle est de type PID et les paramtres du rgulateur sont modifiables.

E.

PHASE 3 : VALIDATION DES MESURES, DYSFONCTIONNEMENTS OBSERVES ET SOLUTIONS MISES EN UVRE POUR Y REMEDIER

1.

MAUVAISE CORRELATION ENTRE CONCENTRATION BOUE CENTRIFUGEE ETBOUE MELANGEE

Les analyses laboratoire montraient des diffrences significatives entre les valeurs indiques par la sonde boues mlanges d'une part et les sondes boue centrifuge d'autre part. Ceci indique, soit que les sondes sont dcales et donc que les mesures ne sont pas reprsentatives des valeurs relles, soit que les circuits d'chantillonnages ne sont pas fiables. Dans un premier temps un rajustage de la sonde boue paissie, aux alentours de 40 g/L avec analyse laboratoire des MS, a t effectu. Ce rajustage permet d'avoir des valeurs relativement exactes aux alentours de 40 g/L, il ne permet cependant pas d'avoir une justesse de la sonde sur toute la gamme (plus on s'loigne de 40 g/L, plus la valeur mesure s'carte de la valeur relle). Ainsi, ceci a permis une fiabilit de la mesure accrue autour de 40 g/L et une meilleure stabilit du systme.

2.

MAUVAISE REGULATION LORSQUE LE COMMUTATEUR A ETE BASCULE EN MANU SUR L'ARMOIRE ELECTRIQUE DE LA CENTRIFUGEUSE

Aprs plusieurs essais, il est apparu que le fait de mettre le commutateur de la centrifugeuse sur la position Manu entrane des phnomnes inverses sur la rgulation. En effet on observe que le rgulateur, rgule de faon inverse pendant quelques temps pour ensuite se remettre rguler normalement. Cependant lorsque le rgulateur dvie, la boue trop paisse qui sort alors de la centrifugeuse colmate les conduites et ne permet plus au systme de reconverger, mme lorsque le rgulateur revient dans un tat normal de rgulation. En fait ce phnomne est du la saturation du rgulateur lorsque le commutateur est mis en Manu et donc que la boucle de rgulation est ouverte. Il est par ailleurs possible de diriger la Vr en Manu en se mettant en Manu directement sur le botier du rgulateur Microcor. La Vr se pilote alors par la consigne de sortie du Microcor, elle mme inversement proportionnelle la Vr (voir courbe de correspondance ci-aprs). Ce changement nous permet ainsi de changer, en Manu, la Vr, sans pour cela saturer le rgulateur lorsqu'il est remis en Auto.



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V r e n fo n c tio n d e la s o r tie r g u la te u r20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

SANS PO LYMERE

Vr

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

AVEC PO LYMERE

S o r t ie r g u la t e u r

3.

MODE DE RINAGE DES SONDES INEFFICACE

Toutes les mesures effectues sur le process centrifugation sont retransmises la supervision (salle de commande), et sont visualises sous forme de courbe temps rel. Lorsque l'exploitant s'apercevait que la concentration boue paissie tait trop leve, il effectuait un rinage des sondes par le piquage juste en amont de celles-ci avec l'eau industrielle, pensant que quelque chose s'tait fix sur le capteur empchant ainsi la mesure. Aprs observation des modes opratoires des rinages effectus, il s'avre que ceux-ci sont inefficaces puisqu'ils ne rincent que la sonde, supposant ainsi qu'en amont de la pompe la canalisation n'est pas obstrue, ce qui est on le voit l'exprience est faux.Valeurs du 18/7/9870 60 50 40 30 20 10 0 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 MeS SORTIE g/L Qe m3/h

Q et MeS de sortie

Rinages inefficaces

Vr Trs/Mn

Temps (min)

Un nouveau mode opratoire a donc t propos, il consiste essentiellement bien rincer la canalisation en amont de la pompe par injection d'eau contre courant, puis de rincer la sonde, en s'assurant en fin de manipulation que la mesure est cohrente. Le mode opratoire est dtaill en annexe 3.



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La mise en place de ce nouveau mode de rinage et la formation des chefs de quart la manipulation, a permis de fiabiliser la mesure et d'avoir une rponse du rgulateur en rapport avec la situation. On peut le voir sur l'enregistrement suivant :Valeurs du 23/7/9880

40

70

Rinages efficaces

35

60

30 MeS SORTIE g/L Qe m3/h

50

Q et MeS de sortie

25

40

20

Vr

Vr Trs/Mn30

15

20

10

10

5

0 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320

01440

Temps (min)

4.

CORRELATION MES ENTREE/CENTRATS ELECTROVANNE DE RABATTAGE MOUSSE,

ET

DYSFONCTIONNEMENT

La concentration des centrats est, au vue des enregistrements effectus, bien corrle la valeur de concentration de boue entrante, ceci indique donc un Taux de Capture (TC) relativement constant. (voir graphique)Valeurs du 04/08/985 4.5 4 3.5 3 MeS entre 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 120 240 360 480 600 720 Temps (min) 840 960 1080 1200 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1320 MeS CENTRAT g/L Centrats

MeS ENTREE g/L

Rinages automatiques de la sonde centrats



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Cependant, j'ai pu noter une augmentation sensible des centrats partir d'un certains jour. En examinant de faon attentive le skid, il s'est avr que l'lectrovanne de rabattage mousse ne fonctionnait plus normalement entranant des accumulations anormales de mousse, provoquant un encrassement de la sonde de mesure et donc une surestimation de la valeur renvoye. Aprs remplacement de l'lectrovanne, tout est revenu des valeurs normales.

5.

DECROCHAGES DES COURBES DE CONCENTRATION

On note des dcrochages brusques des courbes de concentration sur la journe (voir flche (a) sur le graphique page suivante), passant de 35 g/L 60 g/L par exemple. De plus on remarque que l'augmentation de la Vr induite par cette brusque remonte ne permet pas pour autant de dconcentrer et de revenir la valeur de consigne.

100 90 80 70 Q et MeS sortie 60 50 40 30

Valeurs du 15/06/98

40 35 30

Rinage de la canalisation a

25 20 15 10

M eS SORTIE g/L Qe m 3/h Vr Trs/M n

20 10 0 0 240 480 720 5 0 960 1200 1440 1680 1920 2160 2400 2640 2880 Temps (30 sec, 240 = 2h)

Les plans du circuit d'chantillonnage nous montrent que les conduites ont des pentes trs faibles et qu'elles prsentent de nombreux coudes gnrateurs de pertes de charge trs importantes dans le circuit. Le diamtre des canalisations n'tant que de 60mm et le fluide tant de la boue paissie, donc trs visqueux, il s'avre que lors des drives du systme, les canalisations se colmatent. Ceci a d'ailleurs pu tre vrifi lors de prlvements diffrents piquages sur le circuit. Ces brusques remontes des concentrations sont donc artificielles et donc non reprsentatives des valeurs relles. Le colmatage s'effectue avant la pompe, celle-ci tourne donc vide et la concentration renvoye par la sonde est celle de la boue qui petit petit se dcante dans la conduite et donc semble avoir une valeur qui augmente. La mesure est donc ce point de vue, non fiable. Comme on a pu le voir prcdemment l'chantillonnage dpend de la bche de rcupration sous la centrifugeuse. Les plans indiquent que le fond de cette bche est plat et que l'aspiration se situe sur un cot. Degrmont confidentiel Reproduction interdite 41

Vr

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Ainsi, lors des dysfonctionnements de la centrifugeuse, un bloc de boue trs compacte s'accumule d'un cot de la bche et n'arrive pas s'vacuer en surverse. Lorsque la Vr de la centrifugeuse monte et que la boue produite est liquide, des blocs de boue compacte se dcrochent et colmatent la canalisation. La solution envisage consiste donc a rendre le fond de cette bche, incline d'un certains angle, afin que le gavage de la conduite s'effectue mieux et surtout afin d'liminer les volumes morts. L'tape pralable consistait donc se rendre compte de visu des dimensions exactes de cette bche. Ainsi aprs dmontage de la goulotte de sortie sous la centrifugeuse on obtient les caractristiques suivantes pour cette bche :

Accumulation de boue compacte prte se dcrocher, occasionnant un colmatage de la conduite

35 cm

60 cm 120 cm

Vers pompes d'chantillonnage

Aprs avoir obtenu ces mesures il a t possible de fabriquer sur mesure une tle incline (faites en 2 parties pour des raisons d'encombrements lors de la mise en place), les caractristiques de cette tle sont les suivantes:

35 cm 88

18 120 cm

60 cm

Vers pompes d'chantillonnage

Cette modification apporte sur le process a permis de limiter des dcrochages de blocs de boues et donc de limiter les dcrochages dans les courbes de concentration. On a ainsi obtenu une meilleure fiabilit de la mesure et une stabilit accrue du systme; on peut d'ailleurs le voir sur l'enregistrement suivant.



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Valeurs du 14/7/9870 60 50

Q et MeS sortie

40 30 20 10 0 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440

MeS SORTIE g/L Qe m3/h

Vr Trs/Mn

Temps (min)

Le volume de cette bche avant intervention tait d'environ 250 L, aprs intervention il diminue de prs de 55 % passant 115 L, on diminue ainsi par la mme occasion le temps de sjour de la boue dans cette bche et donc le temps de rponse.

6.

CONCLUSION SUR LA VALIDITE DES MESURES

Avant tout essais en vue d'une mise en place de rgulation par logique floue, il a t ncessaire de valider les mesures relatives au process, or en s'intressant ces mesures, il est apparut un certains nombre de dysfonctionnements qu'il a d'abord fallu liminer. Ainsi, jusqu' prsent les mesures de concentration taient non reprsentatives du systme, les modifications apportes sur le process ont permis de fiabiliser les mesures, et par voie de consquence ont amlior la stabilit du systme, limitant par exemple les dcrochages pour cause de colmatage.

F.

PHASE 4 : ESSAIS EN VUE D'UNE MISE EN PLACE DE REGULATION PAR LOGIQUE FLOUE

1.

ESSAIS D'IDENTIFICATION, AFIN D'OPTIMISER LES REGLAGES DU PID

Afin de savoir si les rglages du PID taient corrects, un essais d'identification permettant d'valuer un retard pur et une constante de temps a t ralis. L'essais consiste effectuer des variations de Vr par palier et d'observer l'volution de la concentration jusqu' l'obtention de la stabilit. La mthode utilis, dite de la Fuente est dtaill en annexe. Un fait intressant est noter, savoir, la baisse de la concentration, lors d'une diminution de Vr, pendant quelques minutes pour remonter par la suite et se stabiliser un plateau. Le phnomne se produit de faon inverse lorsqu'on monte la Vr. Ceci peut ventuellement s'expliquer par une sorte d'engorgement passager de la vis.



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Si l'on "nglige le trou" dans la courbe de concentration de boue centrifuge, on peut identifier et calculer une Bande Pas

Documents

Rapport de Stage Valenton