Usine de traitement des eaux usées de Monroe (phase II)

Défi

Pour s’assurer que l’usine de traitement des eaux usées (STEP) puisse servir efficacement la communauté, la ville de Monroe a cherché à remplacer l’équipement vieillissant ; quantifier les opportunités opérationnelles et d’économies d’énergie ; augmenter la capacité ; éviter les coûts d’entretien, d’entretien et d’investissement ; réduire la consommation d’énergie ; et maximiser la durée de vie et la fiabilité du système. « Notre principal problème était l’obsolescence de l’équipement », a déclaré John Lande, directeur de la ville de Monroe. « Nous avions une fuite d’air qui réduisait l’efficacité et nous voulions récupérer la capacité perdue avec une réaffectation plus précoce de notre clarificateur secondaire. Nous devions remplacer l’équipement et les composants.

Solution

S’appuyant sur le programme ESPC (Energy Savings Performance Contractcontracting) de l’État de Washington administré par le Department of Enterprise Services, la ville a choisi Trane comme ESCO (Energy Services Company) pour superviser la conception, l’ingénierie, la construction et l’installation des équipements. Après des discussions initiales avec la ville, Trane® Building Advantage® a fait appel à la vaste expérience de planification et de conception de stations d’épuration des eaux usées de BHC Consultants. L’équipe a réalisé un audit Investment Grade, qui comprenait des entretiens avec le personnel de l’usine de traitement des eaux usées, qui a joué un rôle déterminant dans l’élaboration de la portée du projet, et a proposé des mises à niveau et des rénovations à divers processus et systèmes. En travaillant en collaboration, la ville, Trane et BHC ont donné la priorité aux mesures d’économie d’énergie proposées. « Nous avons travaillé avec Trane sur la phase I de la mise à niveau de l’usine de traitement des eaux usées et nous connaissions bien le fonctionnement de l’usine », a déclaré Tom Giese, ingénieur professionnel chez BHC Consultants. « La portée du projet comprenait certains éléments reportés dans la phase I, ainsi que des améliorations supplémentaires. »

Augmentation de la capacité de traitement

Plutôt que d’assumer les dépenses et les coûts énergétiques liés à l’installation d’un autre digesteur afin d’augmenter la capacité de traitement et d’améliorer la destruction des solides et la qualité des biosolides, la Ville a installé un nouvel épaississeur à disques avec des pompes et de l’équipement connexes. La déshydratation partielle des boues avant la digestion augmente le temps de rétention des solides en diminuant le volume des boues à digérer. La chambre de dessablage inutilisée a été convertie en système de stockage des déchets activés (WAS), l’aération étant fournie au nouveau réservoir WAS par des diffuseurs à bulles grossières reliés à de nouveaux ventilateurs de digesteur. Le réservoir de stockage de WAS était recouvert de panneaux d’aluminium et ventilé. « L’installation du nouvel épaississeur à disques profite à la Ville d’une manière à laquelle elle ne s’attendait peut-être pas », a déclaré M. Giese. « Les boues restent plus longtemps dans le digesteur, il y a moins de choses à déshydrater, moins d’énergie utilisée et moins de choses à transporter. »

Prolonger la durée de vie de l’équipement, améliorer l’efficacité

Pour améliorer l’efficacité, les composants usés et non fonctionnels du clarificateur primaire ont été remplacés, et des réparations ont été effectuées sur les mécanismes d’entraînement du collecteur transversal défaillant. Les pompes à écume ont été remplacées par des pompes à cavité progressive avec des entraînements à vitesse variable, réduisant ainsi la consommation d’énergie. Pour améliorer la fiabilité et les performances du clarificateur, un système d’entraînement à deux moteurs fabriqué avec des composants en plastique et en acier inoxydable à haut poids moléculaire a remplacé le système à un moteur entraînant le collecteur principal et le collecteur transversal.

Remplacement des systèmes vieillissants, réaffectation des actifs

Afin d’éviter le coût élevé de la construction d’une capacité de digesteur supplémentaire, le clarificateur secondaire, qui remplit la double fonction de clarification secondaire et d’épaississement WAS, a été ramené à son objectif prévu de fournir une capacité d’usine. En fin de vie, le clarificateur existant a été remplacé par un nouveau mécanisme de collecteur d’aspiration conique. Le couvercle du dôme en fibre de verre existant a été enlevé et des garde-corps en aluminium ont été installés. Les lavages du clarificateur secondaire, les murs et les sols ont été nettoyés et recouverts d’un revêtement époxy à très haut pouvoir garnissant 100 % solides pour prolonger la durée de vie. La tuyauterie d’air d’aération qui fuyait dans le canal de liqueur mixte et les vannes papillon d’isolement en amont des gouttes de diffuseur de canal ont été remplacées par des tuyaux en acier inoxydable pour réduire les pertes d’énergie et améliorer l’efficacité du processus.

Optimiser les performances, intégrer les contrôles

En état de défaillance, les quatre surpresseurs rotatifs vieillissants ont été remplacés par deux surpresseurs hybrides économes en énergie. Les nouveaux ventilateurs permettent un contrôle variable du débit d’air pour améliorer les performances et l’efficacité du processus de digestion, et fournissent une capacité d’aération accrue essentielle au processus de digestion aérobie. L’intégration des commandes a également été réalisée pour permettre le fonctionnement des ventilateurs en fonction de la mesure du potentiel d’oxydoréduction, du remplacement de la tuyauterie et des vannes, de l’ajout de variateurs de fréquence et des modifications de la programmation des commandes.

Rénovation de la structure, en évitant les coûts d’investissement

En raison de la présence de signes précoces de corrosion dans les éléments structurels du bâtiment d’assèchement, une hotte personnalisée sur le filtre-presse à bande a été installée pour détourner l’air chargé d’humidité du bâtiment. La hotte a été conçue pour améliorer la collecte et la ventilation des vapeurs d’eau et des gaz corrosifs, qui provoquent la dégradation du toit et de la structure de support, contribuant ainsi à prolonger la durée de vie du bâtiment et à éviter les coûts d’investissement.

Résultats

À l’aide du programme ESPC (Energy Savings Performance Contracting) de l’État de Washington administré par le Department of Enterprise Services, l’usine de traitement des eaux usées de la ville de Monroe a travaillé avec Trane pour traiter et hiérarchiser les éléments du plan d’égout complet de la ville, remplacer les équipements en fin de vie et quantifier les possibilités d’exploitation et d’économies d’énergie. Les améliorations ont permis d’augmenter la capacité de l’usine de traitement et de prolonger la durée de vie des actifs existants grâce à la remise à neuf et à la réaffectation. Grâce à des équipements plus efficaces et à un meilleur contrôle des processus, la durée de vie et la fiabilité du système ont été maximisées. Les coûts énergétiques ont également été réduits, le projet étant en voie de dépasser les réductions garanties des services publics totalisant 86 652 kWh/an, ce qui représente des économies annuelles de 6 074 $. Le projet a permis de réduire les coûts d’entretien et d’exploitation de 8 000 $ par année et d’éviter à l’usine des coûts de remplacement des immobilisations prévus de plus de 5 200 000 $ au cours des dix prochaines années.

« Bien que nous respections les économies d’énergie garanties, ce n’est pas le principal moteur de l’utilisation de l’ESPC », a déclaré M. Lande. « Le processus ESPC accélère tout. Sans lui, le projet aurait pris deux ans et demi. Nous l’avons fait en moins d’un an. Le projet a été réalisé à un coût garanti sans ordres de changement, ce qui a aidé à la budgétisation. De plus, nous avons été en mesure de sélectionner les entrepreneurs compétents et l’équipement spécifique qui répondait le mieux aux besoins de la Ville.

« L’objectif numéro un de Trane était de s’assurer que nous étions satisfaits. Ils ont supervisé l’ensemble du projet, géré les problèmes, posé des questions pour savoir ce que la Ville voulait et l’ont fait.