Modélisation des performances dynamiques d'une usine de traitement des eaux usées industrielles par boues activées

Abstract

L'étude entreprise concerne l'analyse des données journalières sur une période de trois années (de 1980 à 1982) pour une usine de traitement des eaux usées industrielles contenant des résidus phénoliques. Le but recherché est de relier la réponse du procédé aux paramètres opérationnels par un modèle apte à traduire les variations temporelles des concentrations du substrat biodégradable exprimé par la mesure de DBO5 et de la biomasse totale exprimée par la mesure des solides en suspension. Un bilan massique différentiel sur chacune de ces variables a donc été posé en vue de décrire le comportement de celles-ci. En utilisant les données disponibles mesurées sur le système existant, et une méthode d'intégration numérique, il fut possible de calculer, sur une base journalière, le taux d'assimilation du substrat biodégradable Rs, de même que le taux de croissance net de la biomasse totale Rx. La démarche employée comme première étape fut de comparer les profils de ces valeurs à ceux obtenus avec différentes formulations cinétiques couramment utilisées dans la littérature ainsi qu'avec des expressions limites du modèle de stockage du substrat. Par la suite, des simulations avec chacune de ces expressions pour différentes périodes d'évaluation des moyennes de constantes de taux (Ki) ont permis d'établir que le système se comportait suivant un concept de stockage. Ainsi le taux d'assimilation du substrat s'avéra proportionnel à la charge organique biodégradable entrant au bassin d'aération, tandis que le taux de croissance net de la biomasse totale semble se comporter entre deux formes limites soit, proportionnel à la charge organique, et constant pour une période donnée. Ces formes démontrent, dans le premier cas, une situation où le substrat est limitatif et dans l'autre cas, un moment où la biomasse est saturée de matières stockées, ce qui correspond à un taux maximum de croissance. La variabilité des moyennes de coefficients de taux joue un rôle majeur dans la précision de la simulation. Cependant, contrairement à Ks où une relation linéaire avec la température fut établie, Kx n'offre aucune relation ou cycle distinguable. C'est donc à l'aide de réévaluations fréquentes de ces valeurs de Ki sur de courtes périodes, telles 7 et 14 jours, que les résultats furent les meilleurs. Ces périodes furent donc considérées comme celles à employer. L'utilisation à titre prédictif du modèle et l'importance des valeurs de Ki, i = s, x ont nécessité l'élaboration d'une nouvelle technique d'évaluation des Ki. Celle-ci consiste en une évaluation de Ki sur des périodes antérieures tous les R jours tout en corrigeant à cet instant la valeur de la variable simulée, si la déviation entre les valeurs mesurées et calculées est trop grande. L'excellent résultat obtenu avec cette technique illustre bien la possibilité de modéliser à titre prédictif un tel système en vue d'un éventuel contrôle. Le but de l'étude, d'avoir un modèle simple et apte à simuler les valeurs observées, a alors été atteint. Celui­ ci permet, sur une courte période de 7 jours et moins, de prédire efficacement les valeurs des variables d'état analysées.