Gilles Dieu est Manager Offres et Réalisations Ozone et UV chez Xylem. Il résume les enjeux du projet lancé en 2014.
La loi Suisse oblige certaines stations d'épuration d’eaux usées à réduire les rejets des micropolluants médicamenteux dans leurs eaux réceptrices. Un taux moyen d'élimination de 80 % est requis pour un ensemble de micropolluants représentatifs (Diclofénac par exemple). L’usine de traitement des eaux usées de Werdhölzli (Zurich) entre dans la catégorie des unités concernées. Cette usine présente la plus grande capacité de traitement du pays (650.000 équivalents habitants, débit en temps sec 2.500 l/s et débit de pointe 6.000 l/s). Elle est constituée des étapes suivantes : prétraitement, traitement biologique, clarification, filtration sur sable.
L’obtention des performances attendues sur les micropolluants visés n’est pas possible avec les techniques épuratoires habituelles et nécessite une amélioration des filières de traitement concernées.
La technologie d’ozonation a été comparée aux techniques d’adsorption (Charbon actif en poudre et Charbon actif en grains) et a été retenue sur la base des critères suivants : retours d’expérience déjà acquis (2013), emprise au sol réduite, coût global (Investissement et Exploitation). Cette technologie consiste à dégrader directement les micropolluants par une réaction d’oxydation chimique rapide. Contrairement aux techniques dites séparatives d’adsorption, les micropolluants sont directement détruits dans l’effluent.
La nouvelle unité d’ozonation est installée entre les clarificateurs et la filtration sur sable. Hydrauliquement, elle est constituée de 4 lignes de traitement indépendantes permettant un temps de rétention de 12 minutes au débit de pointe. La capacité d’ozonation requise (149 kgO3/h) est satisfaite par une unité composée de 8 générateurs d’ozone XYLEM SMOevoPLUS960 alimentés en oxygène et de capacité unitaire 19 kgO3/h. La production de l’oxygène est assurée directement sur site à partir de l’air ambiant par un système VPSA (vacuum-pressure-swing-adsorption). En secours, un stockage d’oxygène liquide est également disponible pour garantir le fonctionnement continu du procédé en cas de défaillance du système VPSA. L’injection de l’oxygène ozoné dans les cuves de contact est assurée par des diffuseurs tubulaires poreux. Les simulations numériques (CFD) assurées par Xylem ont permis de déterminer le choix optimal du type de système d’injection (diffuseurs poreux tubulaires) et son agencement dans les ouvrages. La quantité d’ozone non transférée dans l’effluent est traitée par des destructeurs d’ozone catalytiques. Une instrumentation complète (Ozone dissous, Absorbance UV, pH, Redox) permet de contrôler les paramètres de fonctionnement et d’optimiser la marche de l’installation. Grâce à son extrême modularité, cette filière d’ozonation répond à la grande variabilité des demandes en ozone de l’installation et répond à l’exigence de haute disponibilité du traitement. La consommation énergétique constitue le poste principal du coût d’exploitation de cette nouvelle étape de traitement (+25 % d’augmentation, soit 0,08 kWh/m3). En contrepartie, aucune dépense en consommables n’est requise. Un autre élément intéressant est l’absence de sous-produits, puisqu’après la réaction d’oxydation chimique de l’ozone, l’oxygène ayant servi de gaz vecteur pour la génération de l’ozone retourne simplement à l’atmosphère.
Le projet a été lancé en 2014 et l’unité complète a été mise en exploitation en janvier 2019.
Depuis cette date, le contrôle des performances épuratoires de cette nouvelle étape de traitement est assuré bi-mensuellement par un laboratoire indépendant. Les concentrations des micropolluants visés sont ainsi évaluées régulièrement. Les résultats démontrent que l’objectif de réduction de 80 % des micropolluants a été atteint.
