Le succès du capteur LDO sur la station d`épuration de Vienne

RAPPORT D'APPLICATION
MESURE EN CONTINU
LDO PROCESS
Le succès du capteur LDO sur la
station d'épuration de Vienne
Entre 60% et 70% de l’énergie consommée par les stations d'épurations sont
utilisées pour aérer les boues actives. Les stratégies visant à réduire la consommation d’énergie se concentrent donc généralement sur l’optimisation du
transfert d’oxygène dans le réservoir d’aération. Tous les systèmes de contrôle se basent sur une mesure exacte et précise de la concentration en oxygène. Par conséquent, pour les ingénieurs process, le problème n’est pas de
savoir s’il est possible de mesurer la concentration en oxygène avec précision,
mais bien de déterminer de quelle manière cette opération peut être réalisée.
Cette question a été résolue il y a deux ans sur la principale station d'épuration de Vienne par l'adoption de capteur LDO optique HACH LANGE.
Mots-clés
➔ Rapport pratique
➔ Station d'épuration principale,
Vienne, Autriche
➔ LDO, capteur optique pour la
détermination de la concentration en oxygène
➔ Optimisation du transfert
d’oxygène
➔ Stratégies de contrôle
➔ Concepts d’automatisation
AERATION_LDO
La mesure optique de l'oxygène
avec le capteur LDO
➔ 60 capteurs LDO dans la station d'épuration principale de Vienne
➔ Niveau de précision élevé
➔ Aucune capsule de capteur ne doit être remplacée
➔ Frais d’entretien réduits
➔ Aucun étalonnage
Fig. 1 : Capteur LDO avec capsule retiré
Fig. 2 : Utilisation aisée du transmetteur
SC 1000 à l’aide d’un écran tactile
Capteur optique d'oxygène LDO
LDO est l’abréviation de « Luminescent
Dissolved Oxygen ». La méthode de
mesure s’effectue en excitant une couche sensible à l’oxygène par une lumière
bleue. La couche réagit en émettant de
la lumière rouge (phénomène appelé
luminescence). On mesure alors le
temps d'émission de la lumière rouge.
C'elle ci étant proportionnelle à la concentration en oxygène dans le milieu. La
méthode LDO remplace donc les
méthodes de mesure d’oxygène électrochimiques traditionnelles par une simple
mesure de temps, qui n’exige aucun
étalonnage (voir Fig. 4).
L’usine
La principale station d'épuration de Vienne, à Simmeringer Haide, traite environ
98% des eaux usées de la ville (50%
d’eaux municipales et 50% d’eaux
industrielles). Après son extension en
2005, l’installation est désormais l’une
des plus grandes et des plus modernes
d’Europe. Destinée à un équivalent de
population (EQH60) de 4 millions, son
niveau d’utilisation actuel équivaut à
environ 3,25 millions d’EQH60. Son efficacité, en termes de DBO5, est supérieure à 95%. Plus de 70% de l’azote
peut être éliminés dans la nouvelle installation à deux phases.
Résultat de l’extension : la durée du passage des eaux usées dans l’installation a
augmenté (20 heures au lieu de 5).
Pour garantir un transfert d’oxygène
optimal lors de la seconde phase, chacun des 15 réservoirs d’aération possède deux cascades aérées. Chaque cascade est divisée en trois ou quatre zones
d’aération (aération à membrane) pouvant être contrôlées séparément et
dotée de deux sondes d’oxygène.
Sans O2
Avec O2
Fig. 3 : Conception schématique du capteur
LDO avec l’élément de référence
Lumière incidente
Lumière émise
Fig. 4 : Plus l’échantillon contient d’O2, plus la persistance de la luminescence rouge est courte.
Des sondes optiques à technologie LDO
HACH LANGE ont été installées, à la
place, des sondes d'oxygènes à membrane initialement prévues. Voici les
principales raisons de cette décision :
- La technologie LDO HACH LANGE
n’a besoin d’aucun consommable, tels
que électrodes, électrolyte et membranes, et n’exige aucun étalonnage. Cela
permettrait de réduire au maximum les
frais d'entretien et de consommables.
- Le haut niveau de précision de mesure
des capteurs LDO HACH LANGE, en
particulier en présence de faibles concentrations en O2.
Installation
En février 2005, 60 capteurs LDO de
HACH LANGE ont été installés et mis en
service. Depuis juin 2005, les sondes ont
été soumises à des mesures comparatives complètes afin de vérifier la précision
garantie de chaque mesure et la similitude des caractéristiques de mesure des
sondes. Les résultats ont indiqué que les
sondes fonctionnaient conformément aux
normes dans ces deux aspects.
Les signaux de mesure sont transmis
par les sondes via un réseau Profibus
vers le transmetteur SC 1000 et dans le
système de contrôle, qui les utilise pour
réguler la concentration en oxygène.
Expérience
Aujourd’hui, après plus de 18 mois d’expérience d’utilisation, la décision d’utiliser la nouvelle méthode de mesure dans
la station d'épuration de Vienne était
parfaitement justifié. Les sondes LDO
ont répondu à toutes les attentes des
opérateurs de cette installation.
Pour les 60 capteurs d’oxygène LDO
installés :
- Des mesures comparatives indiquent
que les sondes LDO satisfont pleinement aux exigences de précision élevée de la principale station d'épuration
de Vienne.
- Aucun étalonnage n’est nécessaire.
Cela permet de gagner du temps et
d’éviter les problèmes liés à l’étalonnage en présence de températures extérieures inférieures à 0 °C.
- Après 18 mois d’utilisation ininterrompue, aucune capsule de capteur n’a
encore dû être remplacé. La période
de garantie originale d’un an pour les
capsules de capteurs est donc nettement dépassée.
- Etant donné le faible degré d’encrassement et la stabilité des mesures, le
système de nettoyage automatique
disponible n’a pas été utilisé. La Fig. 7
représente un capteur après quatre
semaines d’utilisation, sans nettoyage.
Les frais d’entretien sont considérablement inférieurs à ceux des capteurs
recouverts d’une membrane. Aucun
étalonnage, aucune recharge de l’électrolyte, aucun remplacement de
membrane. La conception robuste de
la sonde LDO HACH LANGE simplifie
également le nettoyage mensuel du
capteur.
Fig. 5 : Installation du transmetteur SC 1000
sur le côté du réservoir
Fig. 6 : Les mesures sont prises à plusieurs
points dans le réservoir d’aération.
Conclusion
Grâce aux caractéristiques décrites dans
le présent document, la méthode de
mesure optique devient de plus en plus
cohérente et remplacera progressivement les méthodes de mesure électrochimiques.
Fig. 7 : La surface du capteur ne présente
aucune contamination ; le système de nettoyage
à air comprimé n’est pas utilisé.
HACH LANGE – www.hach-lange.com
AERATION_LDO
Technologie de mesure appliquée
Capteur robuste d’un point de vue mécanique avec garantie de 2 ans sur la capsule du capteur.
Haut niveau de fiabilité grâce à des données d’étalonnage préprogrammées en permanence. Haut
niveau de précision grâce à une lumière bleue incidente riche en énergie. 36 mois d’expérience
avec cette technologie.
Principe de mesure
Luminescence
Plage de mesure
0,05-20,00 mg/l
0,05-20,00 ppm
0,5-200% saturation
Résolution
0,01 mg/l, 0,01 ppm, 0,01% saturation
Plage de températures 0-50 °C
Flux d’approche min. Aucun
Etalonnage
Pas nécessaire
Matériaux du capteur Acier inoxydable 316, Noryl
Câble
10 m de câble fixe avec fiche pour le raccordement au transmetteur; 300 m
maximum via la boîte de raccordement et longueurs de câbles variables
Unité d’affichage
Transmetteur SC 100 (modèle LXV401) ou
Transmetteur SC 1000 (modèle LXV400 / LXV402)
Système de transmetteur SC 1000
Un système de transmetteur SC 1000 est constitué d’un module d’affichage LXV402 unique et d’un
ou plusieurs modules pour sonde LXV400. Le système est configuré de manière modulaire pour
répondre aux exigences propres au client et peut être mis à niveau à tout moment à l'aide de
stations de mesure, de capteurs, d'entrées, de sorties et d'interfaces de bus supplémentaires.
Le module d’affichage peut être fixé à tout module pour sonde et indiModule d’affichage
que les données des capteurs raccordés sur un affichage couleur à
LXV402
écran tactile (dans un réseau SC 1000, de tous les capteurs). Les messages d’alarme et d’état peuvent éventuellement être transmis par GSM.
Le module pour sonde est installé au niveau d’un point de mesure. Huit
Module pour sonde
capteurs maximum peuvent y être raccordés. Les modules pour sonde
LXV400
peuvent être connectés les uns aux autres pour créer un réseau SC 1000.
Possibilité de modification sans avis préalable.
HACH LANGE Services
Support sur site par notre équipe
de techniciens.
Réduction des coûts de process
grâce aux systèmes HACH LANGE.
contenu actualisé et sécurisé, avec
téléchargements, informations et
achats en ligne.
Maintenance garantie de tous les
instruments grâce à des contrats
de service et d’entretien flexibles.
Information de la clientèle par
courrier postal ou électronique.
DOC 043.77.00483.Oct06
Capteur d’oxygène LDO