Usine de traitement des eaux usées de Barrie

Étude sur la récupération et la production d’énergie visant à cibler les possibilités de réduction des coûts énergétiques et d’exploitation de l’usine de traitement des eaux usées de Barrie d’une capacité de 76 millions de litres d’eau par jour. L’étude portait principalement sur l’exploitation et les processus actuels pouvant générer des améliorations immédiates, ainsi que sur les solutions de conception à envisager en vue de la modernisation future et la phase de mise en œuvre.


Emplacement

  • Barrie, Ontario

Secteurs

  • Énergie
  • Hydroélectricité
  • Bio-Industrie et Production thermique d’énergie
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Service

  • Gestion de L’énergie et Efficacité Énergétique
  • Production d’électricité
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Statut

  • Étude se terminant en mars 2019.


L’usine de traitement des eaux usées de la ville de Barrie possède une capacité moyenne de 76 millions de litres d’eau par jour, avec une pointe journalière à 156 millions. L’usine traite actuellement les eaux usées par un procédé à boues activées par oxygène de grande pureté, avec additif de sulfate d’aluminium pour l’élimination du phosphore. Les services de WSP ont été retenus pour effectuer une étude sur la récupération et la production d’énergie à l’usine de Barrie, afin de cibler d’éventuelles solutions d’économie énergétique.

Débit nominal
76 ML/jour
Débit de pointe
156 ML/jour
Exutoire
1 200 mm dia
Nombre de solutions ciblées
21
Nombre de solutions retenues
6

Short-Listing

Tout d’abord, un atelier de remue-méninges a été organisé avec les exploitants et les ingénieurs de Barrie, ainsi que le personnel technique et d’ingénierie de WSP. Au cours de cette séance, 20 possibilités ont été déterminées. Cette liste a ensuite été réduite à six options à examiner plus en détail, afin d’en établir le potentiel d’économie de coûts.

L’approche adoptée pour évaluer les options s’est fondée sur une analyse des coûts sur tout le cycle de vie utile d’un horizon de 20 ans, soit entre 2021 et 2041. Si 2021 a été choisie comme année de départ, c’est que nous avons présumé que l’équipement serait entièrement installé à ce moment. Les hypothèses avancées pour l’analyse des coûts se fondaient sur :

  • Le taux d’inflation annuel de l’équipement et de la main-d’œuvre
  • Le taux d’inflation annuel de l’énergie
  • Le taux d’actualisation permettant d’établir la valeur nette actuelle, si applicable
  • La période de remplacement de 20 ans
  • Le coût de l’électricité (en 2019) avec une inflation de 5 % annuellement
  • Le coût du transport (en 2019) avec une inflation de 2 % annuellement
  • Le coût de main-d’œuvre d’un opérateur, augmenté de 5 % annuellement
  • Les coûts en capital incluant la provision en cas d’éventualité et une indemnité d’ingénierie

L’étude ne touchait pas l’installation de biogaz, car cette dernière fait l’objet d’une étude distincte.

Options sélectionnées

Pour être sélectionnées, les options devaient être viables et générer des économies réelles pour la ville, que ce soit à court ou à long terme. Les options retenues sont présentées ci-dessous :

 

Coagulation par injection en amont du premier clarificateur afin d’améliorer la sédimentation

L’épuration primaire améliorée chimiquement a été évaluée à l’aide d’un modèle GPS-X avec de l’alun comme coagulant.

 L’effet de l’épuration primaire améliorée chimiquement sur le processus d’activation des boues, les exigences de pureté de l’oxygène, la production de biogaz, l’alcalinité et la production de boues a été évalué.

 L’évaluation des retombées financières de cette option a révélé que réduire les exigences relatives à l’oxygène générerait des économies annuelles. Toutefois, les coûts additionnels engagés pour ajouter l’alun annulaient les économies réalisées.

 

Optimisation du lavage à contre-courant du filtre

Des économies énergétiques pouvaient être réalisées en réduisant la fréquence du lavage à contre-courant des filtres du système en fonction du flux quotidien et de l’installation d’analyseurs de turbidité.

La diminution de la fréquence des lavages à contre-courant n’entraînait pas de coûts en capital supplémentaires et pouvait réduire les coûts énergétiques de 25 % à 75 %, soit une économie de l’ordre de 46 758 $ à 106 630 $ annuellement.

 

Installation d’un système de récupération de chaleur pour l’effluent de l’usine

L’installation d’un système de pompage pour extraire l’énergie de l’effluent et la convertir en chaleur pour chauffer l’eau visait à fournir de la chaleur à une installation située à proximité, où l’électricité était employée pour le chauffage.

La température de l’eau de l’effluent est de 10 °C et le système de pompage pouvait l’augmenter à une température de plus de 70 °C. Les économies de coûts annuelles n’étaient pas suffisantes pour compenser le délai de recouvrement des coûts en capital estimés (estimation de classe D).

Cette option s’avérerait une possibilité intéressante à long terme : elle offre un bon potentiel si l’envergure du projet est augmentée et si le prix de l’électricité atteint un certain seuil.

 

Installation de microturbines à l’exutoire

L’installation d’une turbine hydraulique à l’exutoire de l’usine pour exploiter l’énergie se fonde habituellement sur le potentiel énergétique (hauteur de chute utile) permettant de produire de l’électricité. La plupart des installations d’épuration ont une faible hauteur de chute, mais un débit élevé; c’est pourquoi nous avons envisagé des systèmes à énergie cinétique pour compenser la consommation d’énergie de l’usine.

Cette option de microturbines installées à l’exutoire offrait une bonne capacité énergétique, mais les coûts de construction élevés d’une nouvelle enceinte, entre autres, rendaient ce moyen trop coûteux.

Cette option a été classée comme solution à long terme à envisager lors de la modernisation proposée du traitement secondaire, là où il serait possible de contourner l’équipement à l’aide des canaux de l’effluent, qui sont adéquats pour l’installation de microturbines à énergie cinétique. Comme cette approche cinétique compte sur la vitesse de déplacement, les turbines pourraient être installées en plusieurs endroits.

 

Installation d’un système de déshydratation des biosolides

La déshydratation des biosolides digérés pour produire un gâteau à 28 % de solides au total réduirait de près de 95 % le volume de biosolides devant être transportés. Cela diminuerait donc le nombre de camions nécessaires pour le transport, tout comme les coûts associés.

Toutefois, l’installation d’un système de déshydratation à l’usine d’épuration augmenterait l’utilisation de produits chimiques et la consommation énergétique de l’usine, tout en entraînant une réduction des biosolides à l’installation d’Oro-Medonte.

Cette option offre un potentiel d’économies élevé et sera étudiée plus en profondeur.

 

Installation d’un système d’épaississement des biosolides

Contrairement au système de déshydratation, cette approche ne vise en fait qu’à épaissir les biosolides. Le nombre de camions nécessaires pour le transport vers l’installation d’Oro-Medonte serait tout de même réduit de près de 69 %.

Cette option offre un potentiel d’économies élevé et sera étudiée plus en profondeur.

L’étude sur la récupération et la production d’énergie a non seulement permis à la Ville de Barrie de connaître des options pouvant être implantées dès maintenant, par exemple, l’optimisation du lavage à contre-courant du filtre, mais aussi d’établir des solutions pouvant être mises en œuvre dans la conception et les travaux de modernisation futurs.