Solution de surveillance en ligne pour une station d’épuration: moteur numérique pour le contrôle des procédés raffinés, l’économie d’énergie et la réduction des émissions

Points de douleur du secteur et urgence de l’optimisation des procédés

En tant qu’installation écologique centrale de purification de l’eau pour les villes et les parcs industriels, les stations modernes d’épuration des eaux usées font face à une double pression: des réglementations environnementales de plus en plus strictes sur les rejets et un contrôle interne des coûts. Les modèles d’exploitation étendus traditionnels ne peuvent plus répondre aux exigences d’un développement raffiné et intelligent.

Problèmes industriels

• Risque élevé de dépassement des effluents en raison des fluctuations de la qualité de l’eau: Les rejets illégaux d’eaux usées industrielles ou les afflux concentrés lors de fortes pluies provoquent souvent des pics soudains de charge influente (comme des substances toxiques à forte COD), affectant gravement les micro-organismes boueux activés dans le système biochimique et déclenchant un dépassement soudain des effluents.

• L’aération et le dosage chimique reposent entièrement sur l’expérience, ce qui entraîne une forte consommation d’énergie: Les systèmes d’aération par souffleur et le dosage de source de carbone/agent d’élimination du phosphore manquent souvent de retour en temps réel. Pour poursuivre aveuglément la conformité, les opérateurs choisissent généralement une aération excessive et un surdosage, ce qui fait que les coûts d’électricité et de produits chimiques érodent la majeure partie des bénéfices de l’entreprise.

• Les analyseurs chimiques humides traditionnels sont extrêmement lourds à entretenir: Les analyseurs de réactifs chimiques auparavant largement utilisés présentent des structures complexes, des conduites sujettes à l’incrustation et à l’obstruction, ainsi qu’une consommation mensuelle de réactifs et des coûts de traitement des liquides résidus élevés, rendant difficile l’atteinte d’une réponse de second niveau.

Pourquoi la surveillance en ligne est-elle nécessaire?

Le traitement des eaux usées est essentiellement un processus de réaction biochimique dynamique et complexe. Se fier uniquement à l’analyse d’échantillonnage périodique manuelle entraîne un décalage de plusieurs heures, ce qui ne peut pas guider les ajustements en temps réel du processus. La surveillance en ligne peut convertir les indicateurs physicochimiques des réacteurs biochimiques (tels que les réservoirs anaérobies, anoxiques et aérobies) et des sorties d’effluents en données continues de séries temporelles. Il sert d'« yeux » pour l’automatisation des procédés des usines d’épuration. Ce n’est qu’avec la perception de second niveau que les rapports de retour peuvent être ajustés rapidement lors des fluctuations influentes ou les machines d’aération être précisément arrêtées à la fin de la nitrification.

Que peut résoudre le système de surveillance en ligne de la station d’épuration YEXsensor?

Le système de surveillance en ligne de l’usine d’épuration développé par YEXsensor utilise des capteurs physiques, optiques et électrochimiques numériques avancés pour remplacer entièrement les instruments chimiques traditionnels nécessitant beaucoup d’entretien. Le système surveille non seulement avec précision les indicateurs de conformité à la sortie finale de l’effluent, mais peut également être déployé in situ aux nœuds de procédé centraux tels que les tamis grossiers, les cuves d’égalisation, les cuves d’aération et les réservoirs de sédimentation secondaire. Grâce au protocole standard Modbus-RTU, le système s’intègre parfaitement aux systèmes existants de contrôle SCADA de l’usine et participe directement au contrôle en boucle fermée par rétroaction tel que l’aération à fréquence variable et le dosage automatique, permettant ainsi une réduction significative de la consommation énergétique et chimique à l’échelle de l’usine tout en assurant la conformité aux effluents.

Scénarios d’application du système de surveillance en ligne des stations d’épuration des eaux usées

Ce système présente une forte résistance à l’encrassement et à la corrosion chimique, couvrant parfaitement l’ensemble des nœuds de contrôle du procédé de traitement des eaux usées:

• Réservoir d’égalisation influent et entrée: Surveillez les chocs influents à haute concentration, fournissez des alertes anticipées pour les processus de prétraitement et de sédimentation primaire afin d’empêcher les substances toxiques d’endommager les boues biochimiques.

• Réservoirs de réaction biologique (anaérobie/anoxique/aérobie): Capturez avec précision l’état biochimique central de chaque zone pour guider la distribution de l’aération et la nitrification/dénitrification.

• Réservoir secondaire de sédimentation et système de retour des boues: Surveillez l’interface des boues et la concentration de solides en suspension pour éviter la perte de boues et optimiser le rapport de retour des boues (R) ainsi que l’excès de déversement en temps réel.

• Sortie finale des effluents (surveillance des décharges conformes): Surveillance continue 24 heures sur 24 des indicateurs de rejet afin d’assurer une conformité à 100 % aux réglementations environnementales nationales et locales.

• Installations de prétraitement des eaux usées industrielles: Adaptées au contrôle automatisé des stations internes d’eaux usées d’entreprises industrielles à haute concentration telles que la chimie, le papier, l’impression et la teinture, ainsi que l’électrodéposition.

Composants du système de surveillance en ligne de la station d’épuration des eaux usées

1. Groupe de capteurs de qualité de l’eau industrielle (couche de perception physique)

• YEX-S1-COD Analyseur d’absorption UV: Méthode d’absorption physique optique UV sans réactif à 254 nm, élimine automatiquement les interférences des solides en suspension, produit les tendances de charge organique en quelques secondes, liquide zéro déchet.

• YEX-S1-NHN capteur d’azote ammoniac à électrode sélective d’ions: Méthode avancée ISE non réactif, ammonium intégré, potassium (élimination des interférences) et pH électrodes pour une réponse rapide in situ.

• YEX-S1-PH capteur pH industriel: Conception à double pont salin en anneau PTFE de grande surface, très résistante aux incrustations causées par les tensioactifs et solvants organiques.

• YEX-S1-ORP capteur de potentiel d’oxydation-réduction: Surface de détection platine de haute pureté reflète avec précision les points de nitrification et de contrôle de la dénitrification dans les cuves d’aération.

Paramètres de surveillance et principe de fonctionnement

Caractéristiques clés

• Mesures physiques sans réactifs, élimination de la pollution secondaire issue des liquides résiduels

• Système d’air comprimé/auto-nettoyage mécanique intégré, résistant à l’encrassement extrême

• Filtrage matériel et logiciel multi-couches pour supprimer les interférences de bulles

• Intégration fluide et haute intégration avec les systèmes SCADA

Architecture système

Le système adopte une architecture classique de IoT industrielle à trois couches avec un fort découplage et une grande cohésion:

[Détection in situ du nœud de processus (bus RS485)] → [Contrôle et transmission locaux de l’usine] → [Couche d’application de commandes centrales]

YEX-S1-COD, YEX-S1-NHN, YEX-S1-PH, YEX-S1-ORP YEX-S1-ZS → Armoire de télémétrage intelligente industrielle (Modbus-TCP) → système de SCADA centrale d’usine → plateforme intelligente de cloud d’eaux usées YEXsensor (via 4G/LoRa)

Valeur et avantages pour le client

• Numérisation complète des processus, renforçant la conformité à 100 % des effluents底线

• Contrôle affiné de l’aération et du dosage, réduisant significativement les coûts d’exploitation (économie d’énergie de 15 à 25 %, réduction chimique de plus de 20 %).

• Cela réduit considérablement la charge de travail opérationnelle et de maintenance en première ligne

Liste de produits de capteurs recommandés

1. Unité intégrée à trois paramètres pour la conformité aux effluents: COD sans réactifs + ISE Ammoniac Azote + pH, avec boîtier anti-explosion en acier inoxydable et reflux automatique d’air.

2. Kit de ORP de cuve biochimique et de concentration de boues: Platine ORP haute pureté + posemètre de concentration de boue de haut niveau.

3. Armoire de contrôle numérique de communication de l’usine (YEX-RTU-1): Compatible Siemens, routeur 4G, écran tactile, protection contre les surtensions.

Projet Case

Cas 1: Projet d’optimisation de l’énergie d’aération intelligente dans une station municipale d’épuration en Chine centrale (50 000 tonnes/jour)

Contexte: Aération à longue durée à puissance fixe, coûts élevés d’électricité en été et aération excessive la nuit entraînant la désintégration des boues.

Solution: Déployé de capteurs YEX-S1-ORP et YEX-S1-ZS dans des réservoirs aérobies, intégrés au PLC Siemens S7-1500 via Modbus-TCP.

Résultats: Après 8 mois, la consommation d’énergie d’aération a diminué de 21,4 % tout en maintenant l’azote ammoniac des effluents mieux que la norme de classe A, économisant des dizaines de milliers de RMB sur les factures d’électricité mensuelles.

FAQ

Q1: Comment le capteur optique de COD (YEX-S1-COD) empêche-t-il l’encrassement de la lentille dans les eaux usées huileuses et à haute suspension solide?
Réponse: Le boîtier du capteur utilise une conception de surface inclinée selon la dynamique des fluides pour réduire l’adhérence. Il est équipé d’un système de refoulage automatique d’air ou d’un ensemble de brosses mécaniques de qualité industrielle. De l’air haute pression est pulvérisé ou le pinceau est activé avant chaque mesure pour éliminer instantanément l’huile et le biofilm.

Q2: Le capteur d’azote ammoniac sélectif à l’électrode ionique (YEX-S1-NHN) sera-t-il perturbé par des ions potassium présents dans l’eau?
Réponse: Oui, les ions potassium et ammonium ont des caractéristiques similaires. YEXsensor utilise une technologie de compensation intégrée multi-paramètre avec une électrode de potassium dédiée à l’intérieur de la sonde. Le microprocesseur soustrait automatiquement les interférences via des modèles mathématiques afin d’assurer des lectures nettes précises de l’azote ammoniac.

Q3: Pourquoi utiliser ORP pour le contrôle auxiliaire des procédés? Quelle est la différence avec l’oxygène dissous (DO)?
Réponse: DO ne reflète que l’oxygène libre et affiche souvent 0,0 mg/L dans les réservoirs anoxiques/anaérobies, devenant inefficace. ORP reflète l’état global macroscopique d’oxydation-réduction et peut capturer les points d’extrémité de la réaction via des modifications combinées d’oxygène (nitrate), permettant un contrôle raffiné que DO ne peut pas atteindre.

Contactez YEXsensor pour des solutions intelligentes d’eaux usées

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Consultation technique: +8615111147890

Email: sales@yexsensor.com