valorisation énergétique eaux usées chaleur
Études
Assainissement
TSM 3 2022 - Page(s) 63-71

Analyse du potentiel de récupération de chaleur des eaux usées prenant en compte l’impact sur la STEU

Analysis of the wastewater heat recovery potential considering its impact on the wastewater treatment plant

Résumé

Les eaux usées véhiculent des quantités élevées d’énergie qui peuvent être récupérées au moyen d’une pompe à chaleur et d’un échangeur thermique. L’estimation du potentiel de récupération de chaleur des eaux usées demande de connaître essentiellement leur débit et la quantité de chaleur à extraire ΔT (°C). Pour cette dernière, la valeur de 4,5 °C est couramment utilisée pour des études de cartographie énergétique des systèmes d’assainissement, car elle représente la valeur moyenne des opérations existantes en France. Toutefois cette valeur ne prend pas en compte le potentiel impact sur la station de traitement des eaux usées (STEU). En effet, récupérer trop de chaleur dans le réseau d’assainissement peut provoquer une diminution de la température des effluents au niveau de la STEU. Cet abaissement peut compromettre la qualité des processus biologiques de nitrification et dénitrification. D’après la littérature, une baisse de 1 °C en entrée de STEU ne représenterait pas de risque de dégradation des procédés biologiques à condition que la station ne fonctionne pas au maximum de sa capacité et que la température ne descende pas au-dessous de la température minimale de dimensionnement. En respectant ces conditions à l’entrée de La Wantzenau, principale STEU de l’Eurométropole de Strasbourg, les quantités de chaleur à extraire ΔT (°C) dans tout point du réseau ont été estimées. Cela a permis de calculer un potentiel de récupération qui tient compte de l’impact sur la STEU et de le comparer avec un potentiel théorique calculé avec une extraction de 4,5 °C. Les résultats montrent que, sur certains points, l’extraction de 4,5 °C provoque des variations de température supérieures à 1 °C en entrée de STEU et conduit à des surestimations du potentiel de récupération. La puissance de récupération de chaleur calculée, en intégrant l’impact prévisionnel sur La Wantzenau, est ainsi plus réduite, mais constitue un réel intérêt pour identifier des projets de récupération qui semblent plus réalistes.

Abstract

Wastewater contains considerable amounts of energy that can be recovered by means of a heat pump and a heat exchanger. Wastewater heat recovery potential could be estimated by knowing the flow rate within the sewer system and the difference in temperature that can be extracted ΔT (°C). Most cartography studies of the wastewater recovery potential assume the extraction temperature difference to be 4,5°C, as it is the average value among existing operations in France. However, this value does not consider the potential negative impact on wastewater treatment plant (WWTP). In fact, recovering too much heat from wastewater within the sewer system could lead to a decrease in temperature at the WWTP inlet. As a consequence, it would lower the quality of biological processes concerning nitrification and denitrification. According to literature, a decrease in temperature of 1°C at the WWTP inlet does not represent a high risk in the deterioration of biologic processes as long as the treatment plant does not function at its capacity limit and the temperature does not drop below its dimensionality limit. Respecting these conditions at the inlet of the WWTP La Wantzenau, main wastewater treatment plant of the Eurométropole de Strasbourg, the difference in temperature that can be extracted ΔT (°C) was estimated at any point of the sewer network. This way a recovery potential was calculated taking into account the impact on the WWTP and, therefore, making it comparable with a theoretical potential determined with a recovery of 4,5°C in all channels. The results showed that an extraction of 4,5°C generates temperature decreases higher than 1°C at the inlet of the La Wantzenau and overestimates the recovery potential especially downstream of the network. The recovery potential including the impact on the WWTP is reduced, but more accurate with regard to the initiation of recovery projects.

Mots clés : Récupération de chaleur, Réseau d'assainissement, Eaux usées, Variation de température, Station de traitement des eaux usées (STEU)
Keywords : Heat recovery, Sewer system, Wastewater, Temperature variation, Wastewater treatment plant (WWTP)
https://doi.org/10.36904/tsm/202203063

1, 2, 4 IRH Ingénieur Conseil – Antea Group – Ludres
3 IRH Ingénieur Conseil – Antea Group – Toulouse
5, 6 Eurométropole de Strasbourg – Strasbourg

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Article paru dans TSM 3 2022
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