Detailed modelling of the treatment performance of the future full-scale biofiltration lane of the Seine Aval wastewater treatment plant
Modélisation détaillée du fonctionnement de la future filière complète de biofiltration de la station de traitement des eaux usées Seine Aval
Résumé
In 2013, SIAAP (the interdepartmental association for sewage disposal for the Paris conurbation) launched a program to upgrade the Seine Aval (SAV) plant, the largest wastewater treatment plant in Europe. This upgrade program, which is scheduled to be finalized in 2022, aims to adapt the plant to the urbanization of the Paris region and to regulatory requirements. After the upgrade, the wastewater treatment will be realized by two parallel treatment lines: (i) the biofiltration line and (ii) the membrane bioreactor line (MBR). The configuration of the treatment after the upgrade of the station will be complex, which provides several local and global operation choices to realize the wastewater treatment. To evaluate the economic and environmental impacts of these operation choices and identify the best choices based on treatment needs, support tools such as models simulating the performance of treatment processes are required. This thesis presents the modelling work for the biofiltration line of the Seine Aval plant after its upgrade in 2022. The modelled line is composed of a primary settling process, three stages of biofiltration and a tertiary clarification process. Considering the progress of the upgrade program, a modelling strategy for the biofiltration line is first proposed. This strategy defines the order of modelling for the treatment steps of the biofiltration line and the control rules to be integrated in the biofiltration line model. Then, the SimBio model and SimDec model, which respectively simulate the treatment performance of biofiltration and physico-chemical settling process, are modified and improved in order to build process models for each treatment step of the biofiltration line. The process models are calibrated and validated with data from the plants of SIAAP. After calibration and validation, the models are connected in order to build the model for the biofiltration line. Control rules and evaluations of treatment costs and environmental impacts are integrated in the biofiltration line model. Finally, to evaluate the potential for using the biofiltration line model as a tool for treatment optimization, several operation scenarios are tested and analysed. According to the results obtained, in general, the performance of each treatment step modelled can be well predicted by the process models. The built biofiltration line model is able to indicate the advantages and disadvantages of the operation scenarios and help to identify the optimum operation choice. It therefore has the potential to be used as a tool to help optimize the biofiltration line of the Seine Aval plant.
En 2013, le SIAAP a lancé un programme pour moderniser la station Seine Aval, la plus grande STEP en Europe. Après la modernisation, la configuration de traitement de la station sera complexe. Pour évaluer les impacts économiques et environnementaux des choix d’exploitation et identifier les meilleurs choix en fonction des besoins de traitement, les outils de support, comme les modèles mathématiques des procédés de traitement sont demandés. Cette thèse présente la modélisation de la filière biofiltration de la station Seine Aval après sa modernisation. La filière est composée d’un procédé de décantation primaire, de trois étages de biofiltration et d’un procédé de clarification tertiaire. Une stratégie de modélisation est d’abord proposée. Ensuite, les modèles SimBio et SimDec, qui simulent respectivement le fonctionnement de la biofiltration et de la décantation lamellaire physico-chimique sont améliorés afin de construire les modèles de procédés individuels de la filière. Après la calibration-validation, les modèles sont assemblés afin de construire le modèle de la filière biofiltration. Les règles de commandes et les évaluations des coûts et des impacts environnementaux sont intégrées. Enfin, pour évaluer le potentiel d’application du modèle filière comme un outil d’optimisation, des scénarios d’exploitation sont testés et analysés. Selon les résultats, la performance de traitement de chaque procédé modélisé peut être bien prédite par les modèles de procédés individuels. Le modèle de la filière biofiltration construit est capable d’indiquer les avantages et les inconvénients des scénarios d’exploitation et d’aider à identifier le choix d’exploitation optimum.
Origine : Version validée par le jury (STAR)