Le passage de la STEP de Brême-Seehausen à une station d’épuration neutre sur le plan énergétique

Au cours de la 6^ème édition de la série Ask The Experts sur le thème : « Valoriser les produits dérivés de l’épuration des eaux usées domestiques et industrielles » organisée le 25 avril 2023 par l’Association Africaine de l’Eau et de l’Assainissement (AfWASA) et le Partenariat Germano-Africain pour l’Eau et l’Assainissement (GAPWAS), la collaboration entre les villes de Windhoek en Namibie et de Brême en Allemagne a été présentée.

En effet, les villes de Windhoek et de Brême ont entamé une collaboration en l’an 2000 à partir d’une longue relation historique incluant le soutien à la lutte pour l’indépendance de la Namibie. En 2013, les deux partenaires ont rejoint le projet de partenariat municipal sur le climat, poursuivant ainsi la tradition de partage des connaissances. Ce projet est axé sur la gestion des déchets solides, la gestion des eaux usées et la prestation de services d’assainissement de base dans les quartiers informels, afin de contribuer aux Objectifs de Développement Durable des Nations unies. La ville de Windhoek et Seehausen ont commencé à collaborer en 2018. Cette collaboration basée sur le partage de connaissance s’est principalement focalisée sur des questions liées au traitement des eaux usées. En En général, l’équipe du projet se réunit mensuellement pour discuter et analyser différents sujets, en vue de rechercher des solutions et des améliorations.

L’approche de collaboration au cours des deux dernières années a été axée sur des visites d’échanges autour des sujets d’intérêt commun en Namibie et à Brême. Par exemple, les deux graphiques de variation du débit de l’influent (Voir pièce jointe, Page 3) présentent les volumes des influents par heure dans les usines de Seehausen et de Gammams, ainsi que les concentrations méta organiques par heure. Pour les deux usines, le facteur entre les chiffres quotidiens minimums et maximums est d’environ 0,5. Toutefois, il y a quelques différences entre les tendances ou les schémas horaires par jour, qui peuvent s’expliquer par la variation de la durée du trajet de l’eau jusqu’à la station. À Brême, il existe également une capacité de stockage dans les canalisations. Les schémas peuvent également être différents d’une heure à l’autre en raison des déchets industriels et domestiques. En effet, Gammams à Whindhoek utilise de l’eau d’origine domestique uniquement, tandis que Brême utilise les eaux usées d’origine domestique et industrielle, même si les déchets industriels sont très difficiles à prévoir. Par ailleurs, il n’existe qu’un système d’égout séparé en Namibie, ce qui implique la déviation vers les rivières de la plupart des infiltrations, tandis que Seehausen à Brême dispose à la fois d’un système d’égout combiné et d’un système d’égouts séparés. Ces facteurs sont importants et peuvent être associés à d’autres éléments pour corriger les fautes dans une optique d’amélioration et pour planifier l’optimisation pour une meilleure efficacité du processus.

Voilà donc quelques indications sur la coopération actuelle, qui vise à mieux connaître la destination du carbone produit et de son utilisation. Dans l’un des bilans de la station d’épuration de Brême (voir pièce jointe, Page 4), la quantité de carbone transférée dans le réacteur biologique et la quantité emmenée à la digestion est présentée. Le biogaz est dérivé de cela, grâce à une centrale de production combinée de chaleur et d’électricité à partir de laquelle de l’énergie peut être produite. Ainsi, chaque optimisation d’une station d’épuration peut changer l’avenir. Les résultats à la fin du processus de traitement devraient être la possibilité de produire davantage d’énergie et de gaz, ou l’utilisation du carbone pour la dénitrification afin d’obtenir une meilleure qualité de l’affluent de la station d’épuration. Les échanges avec les laboratoires qui effectuent les analyses et les autres partenaires du secteur des eaux usées portent sur les similitudes au niveau des opérations et des tâches spéciales, ainsi que sur l’identification des bonnes pratiques qui peuvent être apprises des uns et des autres. Par exemple, Windhoek possède 50 années d’expérience en élimination des micropolluants et en adaptation au changement climatique. Brême peut apprendre ce savoir-faire de Windhoek, d’autant plus que la ville de Brême devient de plus en plus sèche ; les masses d’eau naturelles se réduisent de plus en plus et la ville doit réfléchir à la manière d’utiliser l’eau et déterminer pour quel usage. Par exemple, Brême utilise de l’eau semi-purifiée pour les jardins ou les lieux publics tout comme Windhoek. Par ailleurs, Brême se prépare depuis 30 ans à faire face aux précipitations et Windhoek pourrait s’en inspirer.

La plus grande station d’épuration de Brême est celle de Seehausen, et un processus est en cours pour obtenir une station neutre sur le plan énergétique. Brême est une ville située dans le nord de l’Allemagne, et le responsable de l’assainissement de la ville est HanseWasser, qui fonctionne sur la base d’un modèle de partenariat public-privé. La région de Brême est très plate ; par conséquent, plus de 200 stations de pompage sont nécessaires pour pomper chaque goutte d’eau usée contre la gravité jusqu’à la station d’épuration de Brême- Seehausen située dans la région la plus élevée de la ville (d’une hauteur de 1012 mètres supérieure au reste).

La station d’épuration de Seehausen comptait environ 1 million d’habitants raccordés, et la station d’épuration des eaux usées de la partie nord de Brême comptait environ 160 000 habitants raccordés. La présentation (Voir pièce jointe, Page 8) met en évidence un très bon développement de l’autoproduction d’énergie, avec deux (2) grandes étapes entre 2010- 2011 et en 2013. La première étape a été l’introduction d’une nouvelle éolienne et en 2013, la centrale de production combinée de chaleur et d’électricité a été renouvelée, ce qui a permis de générer plus d’énergie à partir du gaz disponible. En 2022, l’autoproduction s’élevait à 130 %, avec environ 100 % provenant des centrales de production combinée de chaleur et d’électricité et 28 % des éoliennes. Il pleut très souvent à Brême, et la ville ne peut générer qu’environ 1 à 2 % d’énergie à partir de l’autoproduction. La ville ne s’est pas seulement focalisée sur la production, mais aussi sur la réduction de la consommation totale d’énergie de l’usine, avec une baisse d’environ 25 % au fil des ans grâce à l’optimisation et à un nouvel agrégat.

La consommation d’énergie spécifique par habitant est également un indicateur de réduction. Le passage de Brême vers la neutralité énergétique repose sur trois piliers :

• La première est le renouvellement de la puissance. Trois (03) unités de production combinée de chaleur et d’électricité ont été renouvelées. Chaque unité a une puissance électrique d’environ 1,4 mégawatt et une turbine éolienne (Voir pièce jointe, Page 9). L’énergie qui provient de la centrale de production combinée de chaleur et d’électricité peut être utilisée pour améliorer la production de gaz.
• Certains projets sont également en cours pour augmenter la production de gaz, y compris une réduction de la demande d’un point de vue technique par un réinvestissement spécifique. Il est également économiquement viable d’obtenir de nouveaux agrégats avec une demande spécifique plus faible. Par exemple, dans ce cas, un hall de compression de sept (7) compresseurs pour l’appropriation des processus internes.
• Le troisième pilier est l’optimisation. Il existe un jumeau numérique de la station de traitement de Brême qui permet de mener tous les processus biologiques. Cette technologie numérique permet d’optimiser les processus, notamment l’aération et la quantité d’oxygène requise pour la partie microbiologique. Certaines règles DWA A-216 décrites dans la présentation (voir pièce jointe, Page 11) peuvent également être utilisées pour déterminer la quantité d’énergie nécessaire et la possibilité de la réduire davantage (comment réaliser un contrôle énergétique, une analyse énergétique pour les stations d’épuration des eaux usées en Allemagne, avec des lignes directrices pour l’ensemble du processus de calcul). Une analyse énergétique permet de déterminer la meilleure valeur possible qui peut être atteinte pour une demande énergétique spécifique d’une station d’épuration, avec un accent sur la quantité d’énergie qui peut éventuellement être réduite dans le cadre de projets futurs.

La présentation présente quelques règles établies (voir pièce jointe, Page 12) liées à des consommations d’énergie spécifique de l’ensemble de la station d’épuration. La demande totale d’énergie de la station est connue, ainsi que le nombre d’habitants connectés à la station ; ces informations permettent de calculer la demande d’énergie spécifique en kw/h par habitant et par an ; comprendre le système d’analyse comparative de cet ensemble de règles permet de trouver la fréquence des écarts les plus faibles et de comprendre le système d’autosurveillance de l’énergie d’une station. La présentation met également en évidence les résultats des analyseurs d’énergie de l’usine, ainsi que les meilleures valeurs que l’usine peut atteindre au cours de l’année (voir pièce jointe, Page 13). Bremen-Fargo est un peu loin de cette valeur ajoutée et doit trouver comment améliorer la consommation d’énergie de la station d’épuration.

Pour conclure, le projet a démarré à un moment favorable, en raison de la présence de nombreux agrégats pour la production d’énergie et d’une forte demande d’énergie à renouveler. Un objectif visant à atteindre la neutralité énergétique été fixé à l’échelle de l’entreprise, ce qui a permis de réduire la demande spécifique d’agrégats et d’augmenter l’efficacité de la production.