Comment améliorer le système MBBR et réduire la consommation d'énergie

Développés en hauteur

L'épuration est une tâche minutieuse dont les solutions doivent répondre sur mesure aux exigences d'une papeterie. Et lorsque le défi à relever est le peu de place et la nécessité de déverser les eaux épurées dans les eaux de surface en toute sécurité, la réponse a été une installation alliant une technologie biologique novatrice à un compresseur à vis.

L'épuration dans une papeterie peut être optimisé de différentes façons. Toucher à une installation déjà existante avec des contraintes dues à la configuration du site compliquent certainement le défi. Mais il est toujours possible d'intervenir, le secret réside dans le fait de trouver la solution technologique la mieux adaptée à la particularité du site. C'est ce qui s'est passé à Lucques auprès du site de l'un des plus grands fabricants de carton ondulé, Toscopaper. Robuschi, en partenariat avec Italprogetti pour l'ingénierie, y a fourni les équipements pour l'épuration, en offrant la solution la mieux adaptée aux exigences effectives en termes d'efficacité, fiabilité et simplicité d'entretien.

Souffleurs Robox au travail dans l'usine

Technologie avec masse adhérente

L'objectif était d'intervenir sur une installation en marche qui ne répondait plus aux exigences de développement de la papeterie. Italprogetti (www.italprogetti.It) a pensé appliquer un modèle de technologie appliqué jusque là uniquement à l'épuration communale, mais en l'adaptant aux caractéristiques du site. Il s'agit d'une station biologique Mbbr - Moving bed biofilm reactor - c'est à dire un réacteur biologique à support fluidisé. "Ce modèle de traitement biologique" explique Daniele Bacchi, responsable de l'épuration des eaux usées chez Italprogetti, «prévoit que les colonies bactériennes aptes à dégrader les substances organiques présentes dans l'effluent, restent piégées et adhèrent à des supports spéciaux en plastique (carriers en anglais). Ces supports sont à leur tour maintenus en suspension dans le réacteur, grâce à l'action du système d'aération, qui sert à transférer l'oxygène nécessaire au traitement, en injectant de l'air comprimé vers le système. Des grilles spéciales installées dans le réacteur biologique empêchent l'évacuation des supports avec l'eau traitée, en éliminant le risque de perte de biomasse, sauf celle excédentaire, qui en se décrochant spontanément des supports, est ensuite évacuée par le système biologique.

Mbr, dans le cas du papier mouchoir

Pour le papier mouchoir, en revanche où les eaux, les quantités en jeu et la salinité posent d'autres problèmes par rapport à ceux de la fabrication du carton ondulé, Italprogetti propose la technologie Mbr - Membrane bio reactor. "Il s'agit d'un bioréacteur à membrane que nous sommes en train d'expérimenter avec succès dans de nombreuses entreprises du secteur" explique Daniele Bacchi. "Cette technologie prévoit la suspension de la biomasse via un réacteur biologique conventionnel, mais au lieu de la sédimentation finale, des membranes d'ultrafiltration semi perméables, séparent l'eau traitée et les boues activées".

Cela permet non seulement de quasi tripler la concentration des boues activées, mais aussi de réduire les volumes et d'obtenir une eau épurée finale ultra filtrée. "Pratiquement, la technologie Mbr est à la fois une station biologique et tertiaire, car elle permet d'obtenir un traitement biologique ainsi qu'une filtration finale très fine, qui pourrait même permettre un recyclage direct des eaux". Ce système est aussi indiqué en cas de plus grande fermeture des cycles. De fait les paramètres de Cod (demande chimique en oxygène) et de salinité sont traités et réduits de façon adéquate, «le premier est géré en recyclant les eaux, sans augmenter le niveau de Cod présent dans le cycle productif, tandis que pour pousser encore la fermeture sans influencer sur la salinité - qui augmente généralement dans le cycle de machine en fermant le cycle justement - la solution est l'application d'un système Mbr suivi par une osmose inverse permettant de recycler une eau même avec de très faibles valeurs de ces deux paramètres".

"Nous avons amélioré la pré-épuration des eaux existant par une solution biologique répondant aux exigences de la papeterie, en réalisant ainsi une nouvelle station très efficiente" ajoute Daniele Bacchi, le responsable de l'épuration des eaux usées chez Italprogetti.

"C'est un aspect très important, surtout dans le secteur papetier, où dans les procédés conventionnels à boues activées par sédimentation, les flocons de boue sont très légers et difficilement sédimentables, et le risque d'entraînement de la biomasse avec les eaux traitées est assez élevé. Dans ces conditions, et aussi en cas de problèmes de gestion, d'erreurs de dosage ou autre, le recours à la technologie Mbbr assure le maintien des bactéries dans la cuve, et donc une reprise du système et le rétablissement rapide des conditions optimales, en diminuant de deux à trois fois les volumes en jeu par rapport à une technologie conventionnelle".

L'effluent de la papeterie avait des particularités comme un Cod élevé à l'entrée, un pourcentage élevé de substances organiques difficilement biodégradables et une concentration importante de calcium. "En plus d'un bioréacteur à membrane, ces conditions ont aussi requis la mise en application d'autres technologies pour prévenir que le pourcentage élevé de substances organiques difficilement biodégradables aille influencer le résultat du Cod à la sortie et que le calcium ne précipite sur les supports en limitant l'efficacité". Pour palier ce problème, le dernier des trois bioréacteurs à membranes montés en série a été consacré au recyclage des boues activées. "Cette solution a permis de gérer le pourcentage peu biodégradable de Cod, tandis que le niveau de calcium a été géré par un contrôle minutieux du pH dans les réacteurs et l'ajout d'un produit qui en empêche la précipitation".

On a ainsi abouti à un débit de 1 000 mᶟ/jour, à un Cod d'environ 4 500 mg/l à l'entrée, qui se stabilise entre 80 et 100 mg/l à la sortie, donc largement sous le seuil pour l'autorisation d'évacuation dans les eaux de surface, qui est de 160 mg/l.

Le choix du compresseur à vis

La solution d'Italprogetti a aussi permis de répondre à une autre exigence précise de Toscopaper. En plus d'avoir à choisir une technologie qui réduise les volumes, une des particularités de l'intervention était de devoir s'adapter aux espaces très réduits à disposition. C'est pour cette raison, explique Bacchi, «que nous avons dû envisager une solution prévoyant des réacteurs très hauts - plus de 8 m de haut - pour lesquels une technologie conventionnelle, comme les surpresseurs à lobes, aurait été très dispendieuse en termes d'énergie. On a donc opté pour deux groupes compresseurs WS 85/3P de la série ROBOX SCREW Low pressure de Robuschi, dont l'efficacité accrue a permis de réduire les puissances en jeu au bénéfice des coûts opérationnels de l'installation. Chacun des groupes compresseurs fonctionne à une pression de 880 mbar avec un débit de 1 994 Nm3/h au point d'exercice maximum". Les compresseurs Robuschi sont sans huile et assurent un fonctionnement encore plus respectueux de l'environnement (Certification Classe 0, selon la norme ISO 8573-1). Leur fonctionnement est quasi silencieux, grâce à la compression interne très performante, des silencieux et un capot de dernière génération. De plus, ils sont faciles à entretenir, grâce à leur conception sobre et solide.

Comme le souligne Daniele Bacchi, l'une des raisons qui a rendu cette solution parfaite pour la modernisation de l'installation existante, a été justement sa capacité d'améliorer et de simplifier la gestion de l'installation et de réduire la consommation d'énergie. "Pour cette raison, avec Robuschi, nous avons évalué les compresseurs, sur lesquels Robuschi a modifié la conception initiale, en intervenant sur les poulies et les courroies pour en optimiser la longévité, l'entretien et, surtout, la consommation d'énergie". Le compresseur Robuschi, explique Daniele Bacchi, est un modèle à vis et non à lobes, qui "assure une circulation continue du flux d'air. Il est aussi équipé d'un inverseur, qui module la vitesse des surpresseurs en fonction de la concentration d'oxygène dissous dans la cuve pour ne fournir que la quantité d'air strictement nécessaire, tout en maintenant l'oxygène dissous à des valeurs optimales et en réduisant la consommation d'énergie. Le compresseur à vis permet aussi d'atteindre de plus hautes pressions en refoulement par rapport au modèle à lobes. Pour une installation en hauteur, c'est donc le meilleur choix ; il est aussi facilement modulable pour les pics de débit. Mais l'aspect le plus intéressant est que la hauteur permet de réduire la consommation d'énergie par rapport aux solutions conventionnelles, de 15% à 20% en fonction des conditions d'exercice", un avantage important qui contribue à un retour rapide sur investissement.

Opportunité pour l'industrie de la papeterie

L’innovante station d'épuration de la papeterie Toscopaper fonctionne avec succès depuis 2013, et la collaboration avec ses fournisseurs continue à travers un service d'assistance constante. Des techniciens contrôlent la station tous les 15 jours directement sur le site et vérifient tous les paramètres. Ce contrôle s'accompagne aussi d'une assistance à distance, le télécontrôle. Pour conclure, Daniele Bacchi indique "Notre objectif pour l'année en cours est de pouvoir reproduire notre technologie au service d'autres entreprises de l'industrie papetière".

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