Grundfos, spécialiste mondial des pompes et circulateurs, présente ici une étude menée sur le brassage immergé dans un bassin de boues activées au sein de la station d’épuration de Drøsbro (Danemark). Celle-ci montre, par simulations informatiques de dynamique des fluides, un potentiel d’économies d’énergie de plus de 50 %. Un gain
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Drøsbro est une petite station danoise d’épuration biologique avec élimination d’azote et de phosphore, mais sans autres types de traitement des boues que la déshydratation. Elle se compose d’une ligne de traitement unique, d’une capacité totale de 10 000 EH. Sur cette capacité, environ 7 000 EH sont actuellement utilisés avec les 388 395 m3 d’eaux usées traitées en 2010. La station d’épuration consomme 274 426 kWh/an, soit 0,7 kWh/m3 ou environ 39 kWh/PE /10/. Toutes les zones de traitement sont équipées d’agitateurs Grundfos « AMG » à vitesse moyenne qui gardent les solides en suspension. Le système « Scada » centralisé contrôle les quatre agitateurs Grundfos « AMG » avec un temps de fonctionnement programmé de vingt minutes suivi de cinq minutes de pause. Pour cette tâche, seul l’agitateur dans le bassin aérobie a été étudié. La zone aérobie du bassin biologique est conçue pour avoir une circulation constante du flux. Deux types d’équipements sont essentiellement utilisés pour le brassage dans ces bassins, des agitateurs à vitesse de rotation moyenne et petite hélice (AMG), et des accélérateurs de courant à faible vitesse de rotation et grande hélice (AFG).
L’étude cherchait à déterminer comment l’augmentation de la taille de l’hélice et la réduction de la vitesse de rotation pouvaient influencer le champ d’écoulement. Pour faire cette comparaison, deux accélérateurs de courant différents ont été choisis. Leur vitesse de rotation a été ajustée pour fournir environ le même débit massique qu’avec l’agitateur.
Les simulations informatiques de dynamique des fluides
À l’aide de simulations informatiques de dynamique des fluides, nous pouvons construire un modèle numérique qui représente le système que nous voulons étudier. On connaît alors les équations générales pour flux de liquide, les équations de Navier Stokes sont résolues et le champ d’écoulement ainsi que tout phénomène physique lié peuvent être révélés.
Par la suite, nous pouvons analyser les résultats et voir quels sont les effets constatés par le changement des conditions de fonctionnement et de la méthode d’agitation. En général, les simulations informatiques de dynamique des fluides nous donnent la possibilité de simuler les écoulements turbulents, les flux, le transfert de chaleur et de masse, les réactions chimiques, l’acoustique et l’interaction fluide/structure. Le logiciel « Ansys CFX » a été utilisé pour cette étude.
Dans ce cas, la configuration des simulations informatiques de dynamique des fluides a été effectuée selon les pratiques développées chez Grundfos depuis cinq à dix ans. Il s’agit de générer des grilles de calculs appropriées et d’utiliser des modèles physiques pertinents.
Simulation à l’équilibre du champ d’écoulement
...Suite de l’article à lire dans le Journal des Fluides n°59
