Une aération optimisée pour des réglages précis et une consommation minimale

Le traitement des eaux usées représente une vaste partie de la consommation d'énergie totale à travers le monde. Cette énergie étant aussi précieuse que rare, il est impératif d'optimiser les processus de traitement. Les solutions sont multiples, et vont du remplacement d'un ancien appareil par une alternative plus efficace à la valorisation des eaux usées en source d'énergie exploitable. 

Les liaisons organiques qui sont éliminées pendant le traitement biologique contiennent de grandes quantités d'énergie chimique qui pourraient être utilisées pour améliorer l'efficacité des processus de traitement. Grâce aux connaissances et à la technologie dont nous disposons aujourd'hui, il est en définitive possible de monter des installations de traitement des eaux usées qui ne consomment aucune énergie – voire en produisent.

L'aération joue un rôle important dans le traitement des eaux usées et constitue le processus permettant d'économiser un maximum d'énergie lors de l'épuration. Optimiser ce processus est donc une étape essentielle vers l'obtention d'une installation de production d'énergie.

Qu'est-ce que l'aération ?

Aérer signifie ajouter de l'air à un liquide ou à une substance. Il est question ici d'oxygéner l'eau ou d'augmenter la saturation en oxygène de l'eau, et ce, de différentes façons.

Les méthodes les plus courantes pour l'aération des eaux sont celles de la chute d'eau et de la diffusion d'air. Dans le cas d'une chute d'eau, l'eau est oxygénée via des buses qui augmentent le contact et donc la capacité à absorber l'oxygène. Quant aux diffuseurs, ils pompent de l'oxygène dans l'eau pour créer de petites bulles d'air qui sont transportées dans l'eau et augmentent ainsi la surface d'eau exposée à l'air [1].

Biodégradation

L'élimination des pollutions comme le phosphore, l'azote et les liaisons organiques au sein d'une installation d'épuration suppose généralement un traitement mécanique, biologique et chimique.
La plupart des systèmes de traitement biologique des eaux usées ont recours à l'oxygénation. Le traitement biologique repose sur l'action de micro-organismes naturels, qui viennent éliminer les saletés présentes dans l'eau. Or, si l'oxygénation de l'eau n'est pas suffisante, la biodégradation s'opère de manière extrêmement lente. C'est pourquoi il est utile d'aérer l'eau, pour que l'oxygène favorise la biodégradation aérobie des matériaux organiques. Attention cependant : une oxygénation trop importante peut entraîner des émissions de N2O, un gaz beaucoup plus puissant et dangereux pour l'environnement que le CO2. Le processus d'aération doit donc faire l'objet d'un réglage précis [2].

Rupture des liaisons inorganiques

L'aération est aussi typiquement utilisée dans le cadre du traitement des eaux usées pour réduire les concentrations de dioxyde de carbone, d'ammoniaque et de sulfure d'hydrogène et éliminer le fer et le manganèse par oxydation, notamment. Sans être nécessairement nocifs, les composés soufrés peuvent entraîner une odeur nauséabonde et altérer le goût, et il est donc recommandé de les éliminer. 

Pour ce faire, l'eau est saturée d'azote et d'oxygène, jusqu'à atteindre l'équilibre atmosphérique. L'aération peut ainsi se subroger à l'emploi du chlore (un désinfectant chimique) pour éliminer efficacement de plus petites quantités de composés soufrés. 

Le fer et le sulfure d'hydrogène peuvent être oxydés pour passer d'une forme bivalente (ferro) à une forme trivalente (ferri) et réduire le sulfure d'hydrogène en soufre atomique. Ces composés peuvent ensuite être extraits physiquement de l'eau [1].

De l'importance d'un réglage précis

L'aération est l'activité la plus énergivore dans le traitement des eaux usées, et le processus représente généralement jusqu'à 50 % de la consommation électrique totale de l'installation [3].
Étant donné cette consommation élevée, l'aération est considérée comme l'une des étapes les plus critiques du traitement des eaux usées, et un système bien conçu aura une influence directe tant sur le plan de l'efficacité que de l'économie. Un réglage fin et précis permettra non seulement de limiter les quantités d'énergie nécessaires au traitement des eaux usées, mais aussi de réduire les émissions de CO2. Comme évoqué plus haut, les mesures visant à réduire la consommation d'énergie peuvent entraîner des émissions de N2O si elles sont prises de manière inconsidérée. C'est pourquoi il est important de régler précisément son installation – pour faire des économies, mais aussi protéger l'environnement.