Application des capteurs COD de qualité de l'eau dans le traitement des eaux usées

Le traitement des eaux usées est l’épine dorsale invisible de la civilisation urbaine moderne puisque le monde génère environ 38 milliards de litres d’eaux usées municipales par jour. Si elle n’est pas traitée de manière adéquate, elle déclenchera des crises de santé publique, l’effondrement des écosystèmes aquatiques et des émissions de carbone incontrôlées. Les capteurs de qualité de l'eau sont la base de détection qui permet aux centrales d'eau usée de passer du "contrôle manuel" à l'"autonomie intelligente".

Les stations de traitement des eaux usées sont parmi les plus grands consommateurs d'énergie de catégorie unique au monde, représentant 3 à 5 % de la consommation d'énergie municipale. Le contrôle de précision des capteurs de qualité de l'eau est la seule voie technique permettant simultanément de réaliser une décharge conforme, des économies d'énergie et une réduction du carbone.

De nombreuses industries connaissaient des coûts élevés pour les produits chimiques et la main-d'œuvre pour le traitement des eaux usées puisque leurs niveaux de demande en oxygène chimique (DOC) sont presque supérieurs à la limite. L'utilisation de l'Internet des objets (IoT) et de l'IA en développant des capteurs de qualité de l'eau peut grandement optimiser l'efficacité des processus de traitement des eaux usées.

Les capteurs de qualité de l'eau peuvent s'intégrer parfaitement aux installations de traitement de l'eau existantes. En utilisant des algorithmes d'IA de pointe, les capteurs de qualité de l'eau peuvent fournir une surveillance en temps réel des données de qualité de l'eau telles que CODmn ou CODcr qui peuvent être utilisées pour optimiser automatiquement les paramètres de fonctionnement.

Les stations de traitement des eaux usées sont confrontées à sept problèmes fondamentaux, à savoir :
1 Qualité des effluents instable, risque élevé de violation
2 Énergie d'aération excessive, 60 à 70 % de la puissance totale
3 Incapacité à gérer les charges de choc influentes
4 Dosage chimique aveugle, coûts persistantement élevés
5 Incidents fréquents d'encombrement et de mousse de boues
6 Élimination profonde instable de l'azote et du phosphore
7 Forte dépendance manuelle, rapports de conformité retardés
Ces sept problèmes fondamentaux dans le traitement des eaux usées découlent tous d'une cause profonde : l'opacité de l'information qui ne peut pas voir les flux changer, ne peut pas sentir la dérive du processus, ne peut pas juger la dégradation de l'équipement.

Les capteurs COD sont un type de capteurs de qualité de l'eau, la demande d'oxygène chimique (COD) mesure l'oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement les composés organiques et inorganiques dans l'eau, c'est l'indicateur de pollution organique le plus universellement réglementé dans le monde. Un capteur COD quantifie continuellement ce paramètre en temps réel, remplaçant la méthode traditionnelle de digestion des dichromates en laboratoire (ISO 6060) qui prend 2 à 3 heures par échantillon.

Il existe six scénarios d'application clés des capteurs de DEC, de la surveillance de la charge d'entrée, du contrôle du processus de traitement biologique, de la surveillance de la conformité des effluents, de la surveillance du prétraitement industriel, du traitement avancé et de la récupération de l'eau et du contrôle en temps réel du réseau d'égouts.

Pour la surveillance de la charge d'entrée, les capteurs de COD mesurent la COD entrante en temps réel, ce qui permet le contrôle de l'alimentation de l'aération et du dosage chimique, et détectent les charges de choc des événements de décharge industrielle avant qu'elles endommagent les processus de traitement biologique.

Pour le contrôle du processus de traitement biologique dans les systèmes de boues actives, les capteurs de COD permettent l'optimisation de l'aération en économisant 15 à 30 % d'énergie, en contrôlant le rapport dynamique de retour des boues, en gérant la SRT et en détectant rapidement les événements de toxicité.

Pour la surveillance de la conformité des effluents, comme les limites de rejet réglementaires exigent une surveillance continue de la DEC aux points d'effluent, les capteurs de DEC en ligne généreront des journaux de données de conformité légalement défendables et déclencheront des interverrouillages d'alarme lorsque les limites de permis sont approchées.
Pour la surveillance du prétraitement industriel, les installations industrielles doivent réduire les DEC avant de les rejeter dans les égouts municipaux. Les capteurs de COD aux limites du prétraitement permettent l'ajustement du processus en temps réel plutôt que la correction post-hoc.
Dans la transformation de la production alimentaire, les capteurs de COD surveilleront le nettoyage, la cuisson et la fermentation des eaux usées. Dans la production pharmaceutique, les capteurs de COD détecteront des résidus d'API difficiles à dégrader. Dans la production textile, les capteurs de COD suivront l'efficacité d'oxydation des colorants et des tensioactifs. Dans la production pétrochimique, les capteurs de COD surveilleront la pollution par les hydrocarbures dans l'eau de refroidissement et les flux de processus.
Pour le traitement avancé et la récupération de l'eau, les capteurs de COD empêcheront l'incrustation de la membrane causée par la surcharge organique pour le bioréacteur à membrane (MBR), la désinfection par ozone ou UV n'est autorisée qu'après avoir vérifié par les capteurs de COD que la matière organique est complètement dégradée. Les capteurs de COD vérifieront l'eau d'alimentation par osmose inverse (RO) pour s'assurer que la COD est < 5 mg/L pour protéger les composants de la membrane. Les capteurs de COD vérifieront la conformité pour l'irrigation, le refroidissement industriel ou la réutilisation indirecte de l'eau potable dans la réutilisation de l'eau de récupération.
Pour le contrôle en temps réel du réseau d'égouts, les capteurs de COD seront distribués aux nœuds du réseau d'oléoducs pour permettre la traçage des sources de rejets industriels illégaux, permettre la prédiction et le contrôle combinés du débordement d'égouts (CSO) afin de réduire le volume de débordement d'eau non traitée. Les capteurs de COD permettront également d'avertir à l'avance de 20 à 40 minutes les changements de charge d'entrée dans les stations de traitement des eaux usées.

Les stations modernes de traitement des eaux usées intègrent des capteurs de COD dans des plateformes jumelles numériques avec une optimisation basée sur l'IA, réalisant des économies d'énergie de 20 à 35 % et une réduction des coûts chimiques de 10 à 20 %.

Le marché mondial des capteurs de qualité de l’eau en ligne a atteint 1,8 milliard de dollars en 2024, avec des capteurs COD et TOC pour environ 18%. Le "Plan de dix eaux" de la Chine a mandaté la surveillance en ligne des DEC à plus de 50 000 points de rejet industriel. Les capteurs COD de nouvelle génération intègrent des modèles d'étalonnage d'apprentissage automatique pour une compensation de matrice autonome.

Les capteurs COD sont passés d'instruments optionnels au système nerveux en temps réel du traitement moderne des eaux usées, couvrant l'avertissement influent, le contrôle des processus, le traitement avancé et la conformité réglementaire. Alors que la réglementation environnementale s’est resserrée à l’échelle mondiale et que l’infrastructure d’eau intelligente s’est développée, la surveillance en ligne de la COD deviendra la ligne de référence standard pour toutes les installations de traitement des eaux usées de plus de 1 000 m³ de capacité par jour.

La valeur des capteurs de qualité de l'eau, en particulier des capteurs de COD, est précisément de transformer les systèmes de traitement des eaux usées des "boîtes noires d'information" en "systèmes transparents*". Chaque nœud critique est visible en temps réel, chaque anomalie est détectée avant son escalade, chaque action de contrôle est pilotée par des données.

Il ne s'agit pas d'une superposition technologique, mais d'un saut fondamental de "l'ère de l'expérience manuelle" à "l'ère de l'autonomie numérique" en utilisant des capteurs COD de qualité de l'eau dans le traitement des eaux usées.

Les capteurs COD de qualité de l'eau dans le traitement des eaux usées ont évolué des premiers "outils de surveillance de la conformité" au "système nerveux central" des services publics d'eau intelligents modernes. Ils assurent non seulement la conformité des effluents, mais servent également comme moteur principal de l'économie d'énergie, de la réduction du carbone, du dosage chimique de précision et de l'entretien prédictif, transformant chaque usine d'eau usée d'une infrastructure à forte intensité énergétique en un centre de métabolisme de l'eau urbaine respectueux du climat et récupérant les ressources.

L'aide que les capteurs de qualité de l'eau fournissent au traitement des eaux usées est une transformation d'une opération "axée sur l'expérience" à une opération "axée sur les données". Il remplace les devinations par une prise de conscience en temps réel, des paramètres fixes avec un contrôle de précision et des réponses réactives avec un avertissement précoce prédictif. Il