Permettre la réutilisation durable de l’eau grâce à l’optimisation en temps réel

Pour les entreprises dont les activités sont étroitement liées à l’eau, la durabilité environnementale est fondamentale pour le succès et la résilience à long terme. Des industries comme les autorités municipales responsables de l’approvisionnement en eau ou de la valorisation des eaux usées, celles qui dépendent d’importants volumes d’eau pour leurs procédés ou encore celles pour qui l’optimisation de l’eau est un facteur essentiel. Les secteurs de l’agroalimentaire, des pâtes et papiers et même du pétrole et du gaz positionnent désormais la durabilité au cœur de leurs activités. Il n’est plus question d’un simple complément attractif. La durabilité est de plus en plus un élément de différenciation qui induit de profonds impacts sur les entreprises et les activités. 

Nécessité croissante de réutiliser l’eau

La nécessité de positionner la durabilité au cœur des activités pour les industries qui consomment beaucoup d’eau fait preuve d’une reconnaissance croissante également par les autorités de réglementation. En avril 2020, l’Agence pour la protection de l’environnement (Environmental Protection Agency, EPA) des États-Unis a publié une mise à jour du plan d’action américain pour la réutilisation de l’eau (Water Reuse Action Plan, WRAP).

Effort coordonné dans le secteur de l’utilisation de l’eau, visant à progresser l’idée de réutiliser l’eau pour garantir la sécurité, la durabilité et la résilience des ressources en eau, le WRAP identifie 37 actions, jalons de mise en œuvre et dates d’achèvement des objectifs, regroupées en 11 thèmes stratégiques.

Des mesures similaires visant à inclure la durabilité comme fondement pour les industries qui utilisent l’eau sont également en cours en Europe, où la Commission européenne (CE) a obtenu un accord provisoire sur les exigences minimales liées à la réutilisation de l’eau dans l’agriculture. 

Entre autres mesures, les nouvelles règles détaillent un ensemble de normes minimales de qualité de l’eau pour la réutilisation des eaux usées urbaines dans l’irrigation agricole. Cela va garantir que les eaux usées urbaines traitées, déjà soumises à la Directive relative au traitement des eaux urbaines résiduaires, conviennent à une utilisation dans l’agriculture.

La CE note que, pour le moment, près de 1 milliard de mètres cubes (m³) d’eaux usées urbaines traitées sont réutilisés chaque année. Toutefois, cela représente seulement 2,4 % environ des effluents d’eaux usées urbaines traitées et moins de 0,5 % des prélèvements annuels de l’Union européenne (UE) en eau douce. La CE soutient que le potentiel de l’UE est bien plus important, car il est estimé à près de six fois le volume actuel. Chypre réutilise déjà plus de 90 % de ses eaux usées, ce qui démontre clairement un potentiel considérable d’amélioration.

Adopter des solutions digitales pour améliorer les performances des activités

Outre l’impératif métier essentiel que représente la durabilité, les opérateurs des installations d’approvisionnement en eau et de valorisation des eaux usées d’une vaste gamme de secteurs font face à de nombreux défis commerciaux supplémentaires. Ceux-ci incluent la nécessité de réduire les coûts d’exploitation et les dépenses en capital, tout en augmentant l’efficacité, en limitant la maintenance et les temps d’arrêt, et en minimisant les événements non conformes et les interventions réglementaires.

De nombreuses industries adoptent aujourd’hui des outils digitaux nouvelle génération. Ces outils permettent de mieux surveiller les performances des équipements et des procédés, et ils garantissent qu’il est possible d’obtenir une optimisation en temps réel pour réduire la demande en énergie, l’utilisation de produits chimiques et les impacts écologiques des procédés de traitement de l’eau.

D’après une analyse récente de Frost & Sullivan, les services publics liées à l’eau et à l’assainissement explorent de manière active les solutions de l’Internet industriel des objets (IIoT), et le marché global des réseaux d’eau intelligents devrait atteindre quelque 22,2 milliards de dollars rien qu’en 2020. Dans le même temps, des stratégies de gestion de biens plus intelligentes et plus avancées devraient permettre aux services publics des eaux d’économiser de l’ordre de 42 milliards de dollars en dépenses de capital d’ici 2027, selon Bluefield Research.
 

Travailler avec les services publics pour développer des solutions

Alors, que signifient ces marchés en pleine croissance pour les propriétaires et opérateurs d’installations ?

En utilisant des données courantes spécifiques en provenance des installations de valorisation des ressources en eau, les algorithmes d’optimisation en temps réel maximisent automatiquement les performances de l’installation (en fonction des variations de charge entrante) tout en réduisant les coûts et en améliorant la capacité biologique et hydraulique des installations.

Prenons par exemple Hubgrade, une suite de solutions logicielles digitales intelligentes hébergées sur le cloud qui proposent ces fonctions et permettent aux municipalités et aux entreprises d’améliorer leurs performances.

Les fonctionnalités du système ont été développées en collaboration avec les clients depuis 1990. Elles incluent des algorithmes complexes qui agissent de manière holistique dans l’ensemble du cycle des eaux usées, conformément aux stratégies et paramètres définis par le personnel d’exploitation. Pour chaque installation, des paramètres spécifiques sont associés aux données de performances réelles et sont envoyés dans le Cloud ; puis ils sont intégrés dans l’algorithme avant d’être à nouveau récupérés par l’installation pour être exécutés automatiquement au niveau des éléments physiques individuels.

Les opérateurs, les ingénieurs de procédés et les gestionnaires sont en mesure de faire leur choix parmi un grand nombre de fonctions ciblant leurs besoins spécifiques. Les données peuvent être récupérées toutes les deux minutes, tandis que des points de consigne peuvent être recalculés et ré-établis comme des paramètres physiques pour n’importe quel point de consigne d’optimisation.

Cela pourrait se traduire par le fonctionnement moins fréquent des ventilateurs d'aération, la limitation des opérations de pompage et la baisse du dosage des produits chimiques. Tous ces avantages permettent de minimiser les coûts d’exploitation tout en respectant les normes réglementaires en matière d’effluents, ce qui doit toujours rester la priorité. Avec cette approche, l’orchestre formé par tous les équipements de l’installation peut jouer ensemble, de manière mélodieuse. Cela correspond à l’optimisation en temps réel à l’échelle de l’installation.

Conserver les caractéristiques écologiques de BlueKolding

BlueKolding A/S représente un exemple d’utilisation réussie des outils digitaux d’optimisation. Société de services publics qui couvre l’ensemble de la municipalité de Kolding, port de mer du Danemark, BlueKolding traite les eaux usées de 100 000 résidents. Sur le total des eaux traitées, près de 12 millions de m3 sont traités par l’installation centrale de valorisation des ressources en eau à Agtrup chaque année.

Cherchant à optimiser l’intégralité du système d’égouts et à obtenir une expansion de capacité par le biais de solutions logicielles, la société a commencé à adopter la solution Hubgrade, connue sous le nom AQUAVISTA™ Plant, en 2007. Au départ, l’objectif consistait à assurer des économies d’exploitation sans renier la conformité, tout en améliorant la qualité des effluents. Il en a résulté une baisse de 25 % de l’azote total (total-N) et une réduction de 45 % des précipitants chimiques, ainsi qu’une réduction des débordements des bassins de captation de plus de 70 %.

Par la suite, l’introduction en 2011 d’un système de contrôle intégré à Agtrup a assuré une augmentation de 80 % de la capacité hydraulique de pointe au niveau de l’installation. Les coûts de l’extension de bassin prévue ont ainsi été réduits de 22 % et, dans le même temps, le nombre d’événements de débordement est passé d’environ 35 par an à moins de 10.

BlueKolding s’est vue demander de réduire de moitié ses volumes de débordement d’égouts (CSO) déversés dans la baie du fjord de Kolding par rapport à la période avant 2012 et de limiter la fréquence des occurrences de CSO des deux tiers. Sa solution initiale avait prévu le développement d’un stockage d’égouts combiné de 6 000 m³. En utilisant les infrastructures existantes, la nécessité d’un stockage supplémentaire a été limitée à 3 000 m³ seulement.

Trois installations supplémentaires de réutilisation de l’eau ont été équipées en 2012 et 2013 pour garantir des activités stables et optimisées, tout en maximisant les économies d’exploitation.
 

Effluents conformes à moindre coût

En 2017, la plate-forme cloud a été adoptée pour permettre l’optimisation intégrée d’Agtrup, des trois installations de réutilisation satellites et du réseau d’égouts pour la ville de Kolding.

« La solution est désormais hébergée sur le cloud et cela signifie un très haut niveau de sécurité pour nos données, ce qui est essentiel pour nous », explique Per Holm, PDG de BlueKolding. « Cela nous permet d’avoir une vue d’ensemble sur nos téléphones portables ou tout autre périphérique mobile, ainsi que sur nos ordinateurs au bureau. »

En adoptant Hubgrade, BlueKolding s’assure de la conformité de ses opérations dans toutes les conditions. Karin Refsgaard, directrice d’exploitation chez BlueKolding, souligne un autre avantage opérationnel essentiel apporté par le logiciel d’optimisation : « Nous pouvons utiliser les bassins pour conserver l’eau lorsque l’électricité est chère, puis, lorsque l’électricité est bon marché, nous pouvons pomper l’eau et la nettoyer et, ainsi, économiser de l’argent », dit-elle. 

« Cela nous aide à agir de manière plus durable au quotidien », insiste M. Holm. « L’un dans l’autre, nous avons de nombreuses possibilités d’améliorer notre rentabilité. "

Toujours plus durable

Avec le projet BlueGrid, le service public a franchi une autre étape passionnante dans l'utilisation intelligente des données de l'ensemble du système d'égouts, combinées aux prévisions météorologiques et aux données radar de pluie. Le projet a pour but de vendre des services d'équilibrage au réseau électrique avec un temps de réponse court via des ajustements à la hausse ou à la baisse de la consommation et de la production d'énergie. Le besoin d'options alternatives d'équilibrage augmente à mesure que de plus en plus d'énergies renouvelables fluctuantes sont produites.

Le projet BlueGrid augmente la sécurité de l'approvisionnement en électricité et permet d'utiliser davantage d'énergie renouvelable tout en garantissant un traitement durable et conforme des eaux usées au coût le plus bas possible.
 

Au-delà des eaux municipales, au-delà de l’Europe

Outre les installations municipales conventionnelles de valorisation des ressources en eau, comme celles de BlueKolding, les outils digitaux d’optimisation offrent également de bons résultats à d’autres secteurs qui dépendent potentiellement de la réutilisation de l’eau. 

Par exemple, un site de production de coke en Europe du Nord a réduit de 50% l’azote total dans ses effluents, ce qui a permis à l’installation de respecter de nouvelles réglementations plus strictes et d’éliminer la nécessité d’importantes dépenses en capital, qui auraient sans cela dû être effectuées. 

Au-delà de l’Europe, la ville de Liberal (Kansas, États-Unis) construit une nouvelle installation de valorisation des eaux usées afin de gérer les augmentations de débit avec de meilleures capacités de traitement.

Une combinaison de solutions est proposée pour permettre de traiter des débits de pointe moyens allant jusqu’à 26 875 m3 par jour, tout en obtenant un azote total dans les effluents de moins de 8 milligrammes par litre (mg/l), un phosphore total de moins de 0,5 mg/l et des matières en suspension de moins de 5 mg/l. L'installation, qui sera mise en service à la fin de 2021, tirera pleinement parti de Hubgrade Performance pour garantir que les objectifs d'effluents soient atteints au plus haut niveau d'efficacité possible.

Des solutions digitales d’optimisation en temps réel totalement flexibles peuvent être mises en œuvre pour une seule installation, mais elles peuvent également inclure plusieurs installations de valorisation des ressources en eau et réseaux d’égouts, ainsi que des applications dans les secteurs de l’agroalimentaire, des pâtes et papier et d’autres industries qui dépendent de l’eau pour leurs procédés.

D’importants bénéfices d’exploitation peuvent être atteints, même lorsqu’il faut gérer de grands écarts de charges biologiques et de volumes de débit. Peut-être plus important encore, les solutions d'optimisation numérique peuvent aider les entreprises et les organisations à atteindre leurs principaux objectifs de développement durable afin d’assurer leur succès à long terme.