Fuzzy Filter® Balls : des boules de fibres contre les micropolluants

Des boules de fibres contre les micropolluants

Chaque année, 8 000 tonnes de produits pharmaceutiques en Allemagne et 10 tonnes de microplastiques dans le seul plus grand fleuve d'Allemagne, le Rhin. Les stations d'épuration conventionnelles ne sont pas capables de faire face à de telles quantités de micropolluants. C'est pourquoi la ville de Barntrup, en Rhénanie-du-Nord-Westphalie, a ajouté une étape de traitement des micropolluants à sa station d'épuration - la seule au monde à utiliser des filtres dits « flous » de Bosman et automatisés par des systèmes pneumatiques Festo.

Il a été démontré que ces micropolluants ou substances à l'état de traces ont des conséquences environnementales importantes : par exemple, certains bêta-bloquants, médicaments antiépileptiques et contraceptifs libérés dans l'eau provoquent des dommages et des changements dans les organes, les caractéristiques sexuelles et le comportement des poissons. Les scientifiques essaient de comprendre comment ils endommagent l'organisme humain.


Le charbon actif comme base

Les microplastiques d'une taille de cinq micromètres à cinq millimètres et les substances à l'état de traces ne peuvent être en grande partie éliminés qu'au cours d'une quatrième étape de traitement. Du charbon actif en poudre est ajouté à l'eau dans un bassin de contact. Le charbon actif, avec sa structure poreuse et friable, a une surface interne énorme. Physiquement, une cuillère à café de charbon actif en poudre a une surface aussi grande qu'un terrain de football. Sur cette surface, les substances à l'état de traces ont beaucoup de place pour s'accumuler. Pour ce faire, l'eau enrichie en charbon actif reste dans le réservoir de contact pendant 15 à 20 minutes. Afin d'éliminer le charbon actif de l'eau après ce processus de purification, un autre bassin, appelé bassin de décantation, est nécessaire dans les installations conventionnelles. Le charbon actif, chargé en substances actives qu'il a absorbé, se dépose au fond de ce bassin et est ensuite éliminé avec les boues d'épuration et incinéré. En plus du bassin de contact pour le traitement au charbon actif, il faut aussi investir dans un grand bassin de décantation, qui requiert un espace disproportionné. Des mesures ont montré que ce procédé élimine 80 % des résidus pharmaceutiques et des produits de contraste aux rayons X des eaux usées. Les stations d'épuration des eaux usées qui ne disposent pas de cette quatrième étape de traitement ne retiennent que 30 % des substances à l'état de traces enregistrées.

Vidéo : des eaux usées sans microplastiques ni produits pharmaceutiques

Au lieu d'investir massivement dans un bassin de décantation, la ville de Barntrup a opté pour le Fuzzy Filter®, plus efficace. Il suffit de disposer d'un petit bâtiment fonctionnel, que l'on peut voir à l'extrémité du site, juste à côté de la route.

Élimination de 95 pour cent

Mais l'élimination de 80 % des micropolluants n'était toujours pas suffisante pour la petite ville de Barntrup en Westphalie orientale, d'autant plus que l'eau purifiée peut atteindre un bassin versant d'eau potable via un système fluvial. « C'est pourquoi la décision a été prise à Barntrup d'utiliser la première station d'épuration au monde avec les Fuzzy Filters® de Bosman Watermanagement », explique Frank Waermer, directeur général et ingénieur-conseil du bureau d'ingénierie Danjes à Detmold. « Grâce au système de filtrage utilisé, nous parvenons même à éliminer 95 % de toutes les substances à l'état de traces, et à nettoyer en plus les eaux usées des microplastiques et du phosphore. » Le bureau d'ingénierie de Danjes a planifié l'ensemble de l'usine et coordonné sa mise en œuvre.

« Les Fuzzy Filter® Balls représentent l'élément central du système de filtration », explique le Dr Kathrin Gantner, directrice du bureau de Bosman Watermanagement GmbH à Berlin. Bosman est l'équipementier des filtres et des floculateurs. Les Fuzzy Filter® Balls sont composées de fibres synthétiques, qui sont transformées en une boule d'environ 33 millimètres de diamètre à l'aide d'un clip. La haute porosité et la faible densité du milieu font qu'un système Fuzzy-Filter® peut absorber au moins deux à trois fois la quantité de solides filtrables d'un filtre à sable ou à tissu - une véritable fibre miracle contre les micropolluants.

Autour et à travers

Contrairement aux systèmes de filtration classiques, le liquide à filtrer circule à la fois autour et à travers le matériau filtrant - et non le long du milieu, comme c'est le cas avec les filtres à sable. La suspension à filtrer s'écoule dans la chambre de distribution sous le lit filtrant. Dans la chambre de distribution, l'eau entrante est répartie uniformément sur la surface du filtre avant de s'écouler dans le lit du filtre à travers la plaque perforée inférieure fixe. Les micropolluants, le phosphore précipité et les microplastiques adsorbés par le charbon actif sont collectés dans le lit filtrant et l'eau filtrée ressort par le haut du Fuzzy Filter®.

Dès qu'une valeur de turbidité prédéfinie ou une pression maximale prédéfinie est atteinte dans le lit filtrant, le cycle de nettoyage à contre-courant est lancé. Lors du rétrolavage, l'eau brute s'écoule dans le filtre tandis qu'une soufflerie externe souffle de l'air de balayage pour agiter le milieu filtrant. Les boules filtrantes, qui se déplacent librement entre les plaques perforées, sont mises en turbulence par le débit d'air de sorte que les particules de saleté qui se sont accumulées et qui se sont incrustées se détachent et sont chassées du filtre.

Le charbon actif est renvoyé dans le bassin d'aération avec les eaux usées de rinçage et un nouveau processus de purification est lancé, car le charbon actif a encore des capacités de charge en micropolluants après le premier cycle de rinçage. Après un processus de nettoyage, seule une fraction de l'eau est chargée de substances à l'état de traces. « Ce processus peut être répété plusieurs fois, de sorte que beaucoup plus de micropolluants peuvent être rendus inoffensifs avec le procédé Fuzzy Filter® de Bosman qu'avec le procédé au charbon actif jetable. Dans ce processus, le charbon actif est combiné avec les boues d'épuration après un seul cycle de nettoyage dans le bassin de décantation, puis retiré », explique M. Gantner.

L'automatisation facilitée

L'ouverture et la fermeture automatiques de tous les volets et vannes d'entrée des eaux usées contaminées par des micropolluants et de sortie de l'eau purifiée sont effectuées par des vérins rotatifs de type DAPS ainsi que des vérins linéaires DLP - tous pneumatiques. D'autres volets et vannes équipés des actionneurs pneumatiques mentionnés fournissent de l'air de rinçage et ouvrent et ferment la sortie des boues. Dans la petite station de pompage, qui pompe l'eau de l'étape de traitement biologique à la quatrième étape de traitement, des vannes automatisées sont également à l'œuvre.

Pour ce qui est du vérin rotatif DAPS, le couple est généré par une cinématique de bras oscillant à levier pour surmonter les couples de décollement élevés de la vanne. La robustesse et la gradation du couple assurent la sécurité des vannes avec un angle de rotation limité à 90°, telles que les vannes à boisseau sphérique et les vannes papillon. Les vérins linéaires pneumatiques DLP agissent directement sur la plaque de la vanne et permettent une ouverture/fermeture fiable ou encore un rapprochement précis des différentes positions des vannes et des vannes de régulation.


La pneumatique dans la technologie des eaux usées

Les terminaux de distributeurs MPA modulaires multipôles contrôlent les actionneurs. Ces terminaux de distributeurs et les lignes de traitement d'air de la série MS6 sont protégés en toute sécurité dans des armoires de commande fournies par Festo et prêtes-à-installer. « Comme nous l'avons déjà constaté dans bon nombre de nos projets, les composants pneumatiques Festo se caractérisent par une grande robustesse et une grande fiabilité », explique M. Waermer. « La pneumatique est le premier choix par rapport aux solutions électriques dans nos projets d'eau et d'eaux usées, car les composants pneumatiques sont nettement moins chers et beaucoup plus compacts que les composants électriques. De plus, ils sont équipés d'une protection contre les explosions et, même en cas de panne de courant, leur réservoir d'air comprimé leur permet de fonctionner pendant un certain temps. »

« Pendant la planification et l'exécution du projet, l'expert de Festo, Winfried Plaßmann, nous a toujours soutenus par son expertise et son haut niveau d'engagement », ajoute Hermann Klippenstein, le responsable des eaux usées de Barntrup. « Ce qui nous a convaincus, c'est non seulement la fiabilité et la cohérence des systèmes pneumatiques - y compris la connexion au système de contrôle des processus - mais aussi la fiabilité en termes de conseil », explique M. Waermer.

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