Optimisation d
Optimisation d ’une ’une filtration directe d
filtration directe d ’eau ’eau potable à bicouche
potable à bicouche
Planification et analyse statistique d’expériences Planification et analyse statistique d’expériences
MTH 6301 MTH 6301
Nabil Haddad Nabil Haddad
Le 2 Mai 2003
Le 2 Mai 2003
Plan de la présentation Plan de la présentation
- Mise en Contexte
- Limites et Avantages de la F.D.
- Rôle de la F.D.
- Objectifs et Méthodes - Tamisage
- Optimisation et Modélisation
- Conclusion
Filière conventionnelle d’une station Filière conventionnelle d’une station
de traitement d’eau potable de traitement d’eau potable
Décantation Décantation
Filtration Filtration
Désinfection Désinfection
Vers Réseau Vers Réseau Floculation
Floculation
Les différentes étapes Les différentes étapes
Coagulation Coagulation Eau Brute Eau Brute
Filière de type
Filière de type filtration directe filtration directe d’une d’une station de traitement d’eau potable station de traitement d’eau potable
Filtration Filtration
Désinfection Désinfection
Vers Réseau Vers Réseau Floculation
Floculation
Le procédé de
Le procédé de décantation décantation est suppriméest supprimé
Coagulation Coagulation Eau Brute
Eau Brute
Avantages de la Filtration Directe : Avantages de la Filtration Directe :
Coûts d’investissement moindres (pas de Décanteurs) Coûts d’investissement moindres (pas de Décanteurs)
Coûts d’opération et d’entretien Coûts d’opération et d’entretien
Moindres utilisation de produits chimiques Moindres utilisation de produits chimiques
Moins de boues produites (boues denses) Moins de boues produites (boues denses)
Limites de la Filtration Directe : Limites de la Filtration Directe :
Eaux de bonne qualité (Turbidité, Couleur) Eaux de bonne qualité (Turbidité, Couleur)
Intervention des opérateurs limitée (périodes de renversements) Intervention des opérateurs limitée (périodes de renversements) Barrière physique unique (passage de microorganismes...)
Barrière physique unique (passage de microorganismes...)
Contrôle difficile des apparitions saisonnières (goûts et odeurs Contrôle difficile des apparitions saisonnières (goûts et odeurs)) Demande d’une automatisation poussée (contrôle de EB et EF) Demande d’une automatisation poussée (contrôle de EB et EF)
Domaine d’application de la
Domaine d’application de la F. D. F. D. : :
Caractéristiques limites des eaux à traiter : Caractéristiques limites des eaux à traiter :
Turbidité < 5 UTN Turbidité < 5 UTN
Couleur < 40 unités Couleur < 40 unités
Eau Brute < 0.3 mg/L de Fe et 0.05 mg/L de Mn Eau Brute < 0.3 mg/L de Fe et 0.05 mg/L de Mn
Vitesse de filtration représente:
Vitesse de filtration représente:
2 à 15 m/h dans les usines 2 à 15 m/h dans les usines
5 à 30 m/h dans les usines pilotes 5 à 30 m/h dans les usines pilotes
La La F.D. F.D. est non recommendée si la qualité de est non recommendée si la qualité de l’Eau Brute varie fréquement
l’Eau Brute varie fréquement
Les alertes sur la qualité d’eau et rôle de Les alertes sur la qualité d’eau et rôle de
la la Filtration Directe Filtration Directe
Les épidémies d’origine hydriques
Les épidémies d’origine hydriques
(Walkerton, Milwakee)(Walkerton, Milwakee)Résistance à la désinfection de certains protozoaires Résistance à la désinfection de certains protozoaires
(Giardia, Cryptosporidium,..) (Giardia, Cryptosporidium,..)
Révisions des normes sur l’Eau Potable
Révisions des normes sur l’Eau Potable
(Qué., Ont., USA) (Qué., Ont., USA)D’où le rôle de la
D’où le rôle de la Filtration Directe Filtration Directe Amélioration de l’enlévement physique selon : Amélioration de l’enlévement physique selon :
Exploitation des Filtres Exploitation des Filtres
Optimisation de leurs designs
Optimisation de leurs designs
Exploitation et Optimisation de la
Exploitation et Optimisation de la F. D. F. D.
Objectifs et Méthodologies Objectifs et Méthodologies
Objectifs:
Objectifs:
Détermination des paramètres majeurs en jeu Détermination des paramètres majeurs en jeu
Elaboration d’un modèle scientifique prédictif pour la Elaboration d’un modèle scientifique prédictif pour la
conception et l’éxploitation des filtres conception et l’éxploitation des filtres
Méthodologies:
Méthodologies:
Essais réalisés à l’échelle pilote Essais réalisés à l’échelle pilote Optimisation et Modélisation
Optimisation et Modélisation
(sur les paramètres majeurs)(sur les paramètres majeurs)Validation en pilote et en usine
Validation en pilote et en usine
Tamisage de la
Tamisage de la F. D. F. D. à bicouche à bicouche
X1 DE matériau 1 (0.4
X1 DE matériau 1 (0.4--2mm)2mm) X2 DE matériau 2 (1
X2 DE matériau 2 (1-5mm)-5mm) X3 Ht matériau 1 (0.5
X3 Ht matériau 1 (0.5--1m)1m) X4 Ht matériau 2 (0.5
X4 Ht matériau 2 (0.5--2m)2m) X5 Ht d’eau (0.5
X5 Ht d’eau (0.5--3m)3m) X6 Vitesse filtr. (5
X6 Vitesse filtr. (5--30m/h) 30m/h) X7 CU matériau 1 (1.3 X7 CU matériau 1 (1.3--1.5)1.5) X8 CU matériau 2 (1.3 X8 CU matériau 2 (1.3--1.5)1.5) X9 Turbidité E.B. (1
X9 Turbidité E.B. (1-5 UTN)-5 UTN)
Procédé Procédé
de la de la Filtration Filtration
Directe Directe
sursur Pilote Pilote
Y1Y1-Turbid. EF-Turbid. EF Y2Y2-Cpte Part. EF-Cpte Part. EF Y3Y3-Durée Cycle-Durée Cycle Y4Y4-- Coût du FiltreCoût du Filtre
Variables d’entrées Variables d’entrées
Y Y - - Réponses Réponses
Plan factoriel fractionnaire 2
(9-5)= 16 essais
Répétition 1 fois (n=2), Résolution IV
Facteurs majeurs retenus pour Optimisation Facteurs majeurs retenus pour Optimisation
- Contrôle de qualité - Analyse de variabilité - Méthode graphique - Autres analyses
Cartes de Shewart
Cartes de Shewart
ANOVA
ANOVA
Pareto
Pareto
Résidus...
Résidus...
Observation des Y
Observation des Y - - Réponses Réponses Exclure X7,X8 et X9 par analogie à une recherche précédente
F.D. à Monocouche F.D. à Monocouche
6 facteurs retenus pour 6 facteurs retenus pour
l’ l’ Optimisation Optimisation
R un X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6
1 1 1 1 1 - 1 - 1
2 1 1 1 - 1 1 - 1
3 1 1 - 1 1 - 1 1
4 1 - 1 1 - 1 1 1
5 - 1 1 - 1 1 1 1
6 1 - 1 1 1 - 1 1
7 - 1 1 1 - 1 - 1 - 1
8 1 1 - 1 - 1 1 1
9 1 - 1 - 1 1 - 1 - 1
1 0 - 1 - 1 1 - 1 - 1 1
1 1 - 1 1 - 1 - 1 - 1 1
1 2 1 - 1 - 1 - 1 1 - 1
1 3 - 1 - 1 - 1 1 1 - 1
1 4 - 1 - 1 1 1 1 1
1 5 - 1 1 1 1 1 - 1
1 6 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1
1 7 - 2 0 0 0 0 0
1 8 2 0 0 0 0 0
1 9 0 - 2 0 0 0 0
2 0 0 2 0 0 0 0
2 1 0 0 - 2 0 0 0
2 2 0 0 2 0 0 0
2 3 0 0 0 - 2 0 0
2 4 0 0 0 2 0 0
2 5 0 0 0 0 - 2 0
2 6 0 0 0 0 2 0
2 7 0 0 0 0 0 - 2
2 8 0 0 0 0 0 2
2 9 ( C ) 0 0 0 0 0 0
3 0 ( C ) 0 0 0 0 0 0
