FR3006309A1 - METHOD FOR TREATING A FLUID RESOURCE, COMPUTER PROGRAM AND PROCESSING MODULE THEREFOR - Google Patents
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Abstract
Procédé de traitement d'une ressource fluide (1) par un système comprenant p pompe(s) de sortie (P1, P2), une unité de traitement (2) et q pompe(s) d'entrée (P1, P2, P3) comprenant : i/ une collecte des concentrations courantes d'un composant au voisinage des pompes de sortie ; ii/ un débit cible de réception du fluide par l'unité de traitement est déterminé en fonction des concentrations collectées et d'une loi de fonctionnement de l'unité de traitement reliant la vitesse de traitement du fluide dans l'unité de traitement et la concentration du composant dans le fluide en sortie d'unité de traitement ; iii/ un débit cible de pompage pour chaque pompe de sortie est déterminés en fonction de la concentration dudit composant au voisinage de ladite pompe de sortie et est transmise à ladite pompe de sortie ; et iv/ chaque pompe de sortie met en œuvre le débit cible de pompage transmis, l'unité de traitement mettant en œuvre le débit cible de réception du fluide déterminé.Method of processing a fluid resource (1) by a system comprising p pump (s) output (P1, P2), a processing unit (2) and q input pump (s) (P1, P2, P3 ) comprising: i / a collection of the current concentrations of a component in the vicinity of the output pumps; ii / a target flow rate of reception of the fluid by the treatment unit is determined as a function of the collected concentrations and of an operating law of the treatment unit connecting the speed of treatment of the fluid in the treatment unit and the concentration of the component in the fluid at the outlet of the treatment unit; iii) a target pumping rate for each output pump is determined as a function of the concentration of said component in the vicinity of said output pump and is transmitted to said output pump; and iv / each output pump implements the target flow rate pumped, the processing unit implementing the target flow rate of receiving the determined fluid.
Description
Procédé de traitement d'une ressource fluide, programme d'ordinateur et module de traitement associés.Method of processing a fluid resource, computer program and associated processing module
La présente invention concerne un procédé de traitement d'une ressource fluide à l'aide d'un système de traitement comprenant p pompe(s) de sortie, une unité de traitement et q pompe(s) d'entrée où p et q sont des nombres entiers supérieurs ou égaux à 1, et aussi selon lequel : les p pompe(s) de sortie sont adaptées pour pomper le fluide hors de la ressource et délivrer le fluide pompé à l'unité de traitement ; l'unité de traitement est adaptée pour recevoir et traiter le fluide délivré par les pompes de sortie et pour fournir le fluide traité à q pompe(s) d'entrée, ledit traitement par l'unité de traitement comprenant la modification de la concentration d'au moins un composant du fluide; et les q pompe(s) d'entrée sont adaptées pour réinjecter le fluide traité dans la ressource de fluide. Typiquement un tel procédé est appliqué pour le traitement, par exemple de type dépollution biologique ou biochimique, notamment des bassins industriels (bassins de pisciculture, piscines...) ou des ressources d'eau en milieu naturel (étangs, lagunes, lacs...), sans y introduire directement d'agent de traitement. Le traitement s'effectue à volume constant, à l'aide d'un pompage en circuit fermé vers une unité de traitement, jusqu'à atteindre un objectif fixé à l'avance, par exemple diminuer la concentration du polluant sous une valeur seuil préalablement fixée. Typiquement, le volume de l'unité de traitement est beaucoup plus faible que celui de la ressource à traiter.The present invention relates to a method for treating a fluid resource using a treatment system comprising p pump (s) output, a processing unit and q input pump (s) where p and q are integers greater than or equal to 1, and also wherein: the pump (s) output are adapted to pump the fluid out of the resource and deliver the pumped fluid to the processing unit; the treatment unit is adapted to receive and process the fluid delivered by the outlet pumps and to supply the treated fluid to the inlet pump (s), said treatment by the treatment unit comprising the modification of the concentration of at least one component of the fluid; and the inlet pump (s) are adapted to reinject the treated fluid into the fluid resource. Typically such a method is applied for the treatment, for example of the biological or biochemical depollution type, in particular industrial basins (fish ponds, swimming pools ...) or natural water resources (ponds, lagoons, lakes, etc.). .), without directly introducing treatment agent. The treatment is carried out at constant volume, by means of a closed circuit pump towards a treatment unit, until reaching a target set in advance, for example reducing the concentration of the pollutant under a threshold value previously fixed. Typically, the volume of the processing unit is much smaller than that of the resource to be treated.
La qualité du fluide, i.e. sa concentration en polluant, en sortie de l'unité de traitement opérant de façon chimique ou biochimique, est usuellement une fonction décroissante de la vitesse d'alimentation. Un compromis entre vitesse d'alimentation et qualité du traitement est donc nécessaire. La présente invention vise à proposer une solution qui optimise la durée de traitement ou l'énergie de pompage, en s'adaptant de façon automatique aux performances de l'unité de traitement et aux caractéristiques hydrodynamiques de la ressource à traiter. A cet effet, suivant un premier aspect, l'invention propose un procédé du type précité caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre itérative de l'ensemble suivant d'étapes : i/ collecte des valeurs courantes de concentration dudit composant au voisinage de chacune des pompes de sortie ; ii/ une valeur cible de débit de réception du fluide par l'unité de traitement est déterminée en fonction d'au moins lesdites valeurs courantes de concentration collectées et d'une loi de fonctionnement de l'unité de traitement reliant la vitesse de traitement du fluide dans l'unité de traitement et la concentration dudit composant dans ledit fluide en sortie d'unité de traitement; iii/ une valeur cible de débit de pompage pour chacune des p pompes de sortie est déterminée en fonction de la valeur courante de concentration dudit composant au voisinage de ladite pompe de sortie et est transmise à ladite pompe de sortie ; et iv/ chacune des p pompe(s) de sortie met en oeuvre une valeur de débit de pompage égale à la valeur cible transmise, et l'unité de traitement met en oeuvre ladite valeur cible de débit de réception du fluide déterminée. Dans des modes de réalisation, le procédé suivant l'invention comporte en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes le débit global de réception du fluide par l'unité de traitement est égal au débit global de fourniture du fluide traité par l'unité de traitement ; à l'étape iii/, les sous-étapes suivantes sont mises en oeuvre : - on détermine la valeur de concentration maximum parmi les valeurs courantes de concentration collectées à l'étape i/ ; - la valeur cible de débit de pompage est fixée égale à zéro pour chacune des p pompes de sortie au voisinage de laquelle la valeur courante de concentration collectée à l'étape i/ est strictement inférieure à ladite valeur de concentration maximum déterminée ; à l'étape iii/, les sous-étapes suivantes sont mises en oeuvre : - on détermine la valeur de concentration maximum parmi les valeurs courantes de concentration collectées à l'étape i/ ; - la valeur cible de débit de pompage est fixée égale à zéro pour chacune des p pompes de sortie au voisinage de laquelle la valeur courante de concentration collectée à l'étape i/ est strictement inférieure à une valeur de concentration fonction de ladite valeur de concentration maximum déterminée ; à l'étape ii/, la valeur cible de débit de réception du fluide par l'unité de traitement est déterminée comme celle qui optimise le traitement de l'unité de fonction de la valeur de concentration maximum déterminée et de la loi de fonctionnement de l'unité de traitement reliant la vitesse de traitement du fluide par l'unité de traitement et la concentration dudit composant dans ledit fluide en sortie d'unité de traitement ; à l'étape iii/, ladite valeur cible de débit de réception du fluide par l'unité de traitement déterminée est répartie entre les pompes de sortie pour lesquelles la valeur cible de débit de pompage n'a pas été fixée égale à zéro, déterminant ainsi la valeur cible de débit de pompage pour chacune desdites pompes de sortie ; - dans une étape préalable, en mettant en oeuvre les étapes selon lesquelles : - on définit plusieurs configurations de système de traitement comprenant des nombres distincts et/ou des localisations distinctes des pompes d'entrée et/ou de sortie ; - pour chaque configuration théorique, on simule l'évolution temporelle de la concentration dudit composant dans la ressource en fonction des lois de dynamiques du fluide dans la ressource et en fonction des débits de pompage des pompes et du débit de réception de l'unité de traitement, actualisés par la mise en oeuvre itérative des étapes ii/ et iii/ à partir des valeurs courantes de concentration au voisinage de chacune des pompes de sortie et fournies par la simulation ; - on compare les simulations obtenues pour les configurations de système et on sélectionne, en fonction de ladite comparaison, au moins un élément parmi la localisation de pompe(s) d'entrée ou de sortie, et le nombre de pompe(s) d'entrée ou de sortie. Suivant un deuxième aspect, la présente invention propose un programme d'ordinateur dans un module de traitement pour modifier la concentration d'au moins un composant d'une ressource fluide à l'aide d'un système de traitement comprenant p pompe(s) de sortie, une unité de traitement et q pompe(s) d'entrée, ledit programme comportant des instructions pour mettre en oeuvre les étapes i/ à iii/ d'un procédé suivant le premier aspect de l'invention lors d'une exécution du programme par des moyens de traitement du module de traitement. Suivant un troisième aspect, la présente invention propose un module de traitement pour modifier la concentration d'au moins un composant d'une ressource fluide à l'aide d'un système de traitement comprenant p pompe(s) de sortie, une unité de traitement et q pompe(s) d'entrée où p et q sont des nombres entiers supérieurs ou égaux à 1 et dans lequel : les p pompe(s) de sortie sont adaptées pour pomper le fluide hors de la ressource et délivrer le fluide pompé à l'unité de traitement ; l'unité de traitement est adaptée pour recevoir et traiter le fluide délivré par les pompes de sortie et pour fournir le fluide traité à q pompe(s) d'entrée, ledit traitement par l'unité de traitement comprenant la modification de la concentration d'au moins un composant du fluide; et - les q pompe(s) d'entrée sont adaptées pour réinjecter le fluide traité dans la ressource de fluide ; ledit module de traitement étant caractérisé en ce qu'il est adapté pour collecter des valeurs courantes de concentration dudit composant au voisinage de chacune des pompes de sortie ; ledit module de traitement étant adapté en outre pour déterminer une valeur cible de débit de réception du fluide par l'unité de traitement en fonction d'au moins lesdites valeurs courantes de concentration collectées et d'une loi de fonctionnement de l'unité de traitement reliant la vitesse de traitement du fluide dans l'unité de traitement et la concentration dudit composant dans ledit fluide en sortie d'unité de traitement ; ledit module de traitement étant adapté en outre pour déterminer une valeur cible de débit de pompage pour chacune des p pompes de sortie en fonction de la valeur courante de concentration dudit composant au voisinage de ladite pompe de sortie et pour la transmise à ladite pompe de sortie.The quality of the fluid, i.e. its concentration of pollutant, at the output of the treatment unit operating chemically or biochemically, is usually a decreasing function of the feed rate. A compromise between feed speed and quality of treatment is therefore necessary. The present invention aims to propose a solution that optimizes the treatment time or pumping energy, adapting automatically to the performance of the treatment unit and the hydrodynamic characteristics of the resource to be treated. For this purpose, according to a first aspect, the invention provides a method of the aforementioned type characterized in that it comprises the iterative implementation of the following set of steps: i / collection of the current values of concentration of said component at the vicinity of each of the outlet pumps; ii / a fluid receiving flow rate target value by the processing unit is determined according to at least said current concentration values collected and an operating law of the processing unit connecting the processing speed of the processing unit. fluid in the treatment unit and the concentration of said component in said fluid at the outlet of the treatment unit; iii / a pumping rate target value for each of the p output pumps is determined according to the current concentration value of said component in the vicinity of said output pump and is transmitted to said output pump; and iv / each of the pump (s) output implements a pumping rate value equal to the target value transmitted, and the processing unit implements said target value of receiving flow of the determined fluid. In embodiments, the method according to the invention also comprises one or more of the following characteristics: the overall flow rate of fluid reception by the treatment unit is equal to the overall flow rate of the fluid treated by the treatment unit ; in step iii /, the following substeps are implemented: the maximum concentration value is determined from the current concentration values collected in step i /; the pump flow target value is set equal to zero for each of the p output pumps in the vicinity of which the current value of concentration collected in step i / is strictly less than the said determined maximum concentration value; in step iii /, the following substeps are implemented: the maximum concentration value is determined from the current concentration values collected in step i /; the pump flow target value is set equal to zero for each of the p output pumps in the vicinity of which the current value of concentration collected in step i / is strictly less than a concentration value which is a function of the said concentration value; maximum determined; in step ii /, the target value of the flow rate of reception of the fluid by the processing unit is determined as that which optimizes the processing of the function unit of the determined maximum concentration value and the operating law of the processing unit connecting the speed of treatment of the fluid by the processing unit and the concentration of said component in said fluid at the output of the processing unit; in step iii /, said fluid reception rate target value by the determined processing unit is distributed between the output pumps for which the pump flow target value has not been set equal to zero, determining thus the target value of the pumping rate for each of said output pumps; in a prior step, by implementing the steps according to which: a plurality of processing system configurations comprising distinct numbers and / or locations distinct from the inlet and / or outlet pumps are defined; for each theoretical configuration, the temporal evolution of the concentration of said component in the resource is simulated as a function of the laws of fluid dynamics in the resource and as a function of the pumping rates of the pumps and the reception flow rate of the unit of processing, updated by the iterative implementation of steps ii / and iii / from the current values of concentration in the vicinity of each of the output pumps and provided by the simulation; the simulations obtained for the system configurations are compared and, according to said comparison, at least one of the location of the inlet or outlet pump (s) is selected, and the number of pump (s) of entry or exit. According to a second aspect, the present invention proposes a computer program in a processing module for modifying the concentration of at least one component of a fluid resource by means of a treatment system comprising p pump (s). output, a processing unit and q pump (s) input, said program comprising instructions for implementing steps i / iii / a method according to the first aspect of the invention during execution of the program by processing means of the processing module. According to a third aspect, the present invention proposes a processing module for modifying the concentration of at least one component of a fluid resource by means of a treatment system comprising p output pump (s), a unit of treatment and q input pump (s) where p and q are integers greater than or equal to 1 and in which: the pump (s) output are adapted to pump the fluid out of the resource and deliver the pumped fluid to the treatment unit; the treatment unit is adapted to receive and process the fluid delivered by the outlet pumps and to supply the treated fluid to the inlet pump (s), said treatment by the treatment unit comprising the modification of the concentration of at least one component of the fluid; and the inlet pump (s) are adapted to reinject the treated fluid into the fluid resource; said processing module being characterized in that it is adapted to collect current concentration values of said component in the vicinity of each of the output pumps; said processing module being further adapted to determine a fluid receiving flow rate target value by the processing unit as a function of at least said current concentration values collected and an operating law of the processing unit connecting the fluid treatment speed in the treatment unit and the concentration of said component in said fluid at the outlet of the treatment unit; said processing module being further adapted to determine a pumping rate target value for each of the p output pumps as a function of the current value of concentration of said component in the vicinity of said output pump and for the transmission to said output pump .
Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente un système de traitement dans un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un organigramme d'étapes d'un procédé dans un mode de mise en oeuvre de l'invention ; la figure 3 représente un graphe des évolutions dans le temps de la concentration moyenne d'un polluant dans un lac en fonction des caractéristiques du système de traitement.These features and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, given solely by way of example, and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 represents a processing system in a mode of embodiment of the invention; Figure 2 is a flow chart of steps of a method in an embodiment of the invention; FIG. 3 represents a graph of changes over time in the average concentration of a pollutant in a lake as a function of the characteristics of the treatment system.
Sur la figure 1, un système 10 de traitement d'un lac 1 est représenté. Ce système est adapté pour diminuer la concentration d'un polluant, nommé « Pol », dans l'eau du lac 1. Dans un mode de réalisation, le système 10 est adapté pour effectuer ce traitement jusqu'à satisfaire un critère de performance. Le critère de performance est, par exemple, dans le cas considéré, d'effectuer, en un temps minimum, le traitement de l'eau du lac 1 permettant d'amener la valeur de la concentration estimée du polluant Pol (par exemple la concentration moyenne dans le lac 1 ou la valeur maximale de la concentration dans le lac 1) en deçà d'un seuil cible S. Cette estimation de la concentration est fonction des concentrations mesurées au niveau des pompes et/ou fournies par un logiciel d'estimation de la concentration dans le lac à l'aide d'un modèle simulant l'écoulement des fluides tel que mentionné plus bas. Dans un autre exemple, le critère de performance est par exemple de réduire au maximum la concentration du polluant Pol, un temps de traitement maximum étant fixé. On considère que le système 10 de traitement comprend p pompes de sortie référencées PP, q pompes d'entrée référencées Pq, p et q étant des nombres entiers supérieurs ou égaux à 1. Le système 10 de traitement comprend en outre une unité de traitement 2, un filtre 3 (par exemple un décanteur) et un module de calcul 4. Dans le cas représenté sur la figure 1, p est égal à 2 et q est égal à 3, mais d'autres valeurs de nombres entiers supérieurs ou égaux à 1 peuvent être choisies pour p et q dans d'autres modes de réalisation.In Figure 1, a system 10 for treating a lake 1 is shown. This system is adapted to reduce the concentration of a pollutant, called "Pol", in the water of Lake 1. In one embodiment, the system 10 is adapted to perform this treatment to meet a performance criterion. The performance criterion is, for example, in the case considered, to perform, in a minimum time, the treatment of the lake 1 water to bring the value of the estimated concentration of the pollutant Pol (for example the concentration average in lake 1 or the maximum value of the concentration in the lake 1) below a target threshold S. This estimate of the concentration is a function of the concentrations measured at the pumps and / or provided by estimation software concentration in the lake using a model simulating the flow of fluids as mentioned below. In another example, the performance criterion is for example to minimize the concentration of the pollutant Pol, a maximum treatment time being set. It is considered that the processing system 10 comprises p output pumps referenced PP, q input pumps referenced Pq, p and q being integers greater than or equal to 1. The processing system 10 further comprises a processing unit 2 , a filter 3 (for example a decanter) and a calculation module 4. In the case represented in FIG. 1, p is equal to 2 and q is equal to 3, but other integer values greater than or equal to 1 may be chosen for p and q in other embodiments.
Chaque pompe de sortie i= 1 à p, est adaptée pour pomper de l'eau du lac 1 et fournir, à un débit Q' respectif de consigne, l'eau ainsi pompée à l'unité de traitement 2. On notera QI(t) le débit commandé à la pompe de sortie P' à l'instant t. Chaque pompe de sortie i= 1 à p, comprend en outre un bloc de mesure (non représenté) adapté pour mesurer la concentration en polluant Pol dans son voisinage. On note Si(t) la concentration en polluant mesurée à l'instant t. L'unité de traitement 2 est adaptée pour modifier la concentration en polluant Pol de l'eau contenue dans le volume V de traitement de l'unité 2, par un traitement chimique ou biochimique par exemple. La vitesse de traitement par l'unité de traitement 2 de l'eau qui est dans le volume V de traitement est déterminable par une loi de fonctionnement propre à l'unité de traitement 2. Cette loi définit la vitesse de traitement de l'eau dans l'unité de traitement en fonction de la concentration du polluant dans l'eau désirée en sortie de l'unité de traitement. Dans le cas considéré, l'unité de traitement comprend un bioréacteur de volume V transformant le polluant Pol en biomasse, à l'aide de micro-organismes. La loi de fonctionnement du bioréacteur comprend la loi de croissance p des micro-organismes, qui détermine la vitesse de dégradation spécifique du polluant Pol en biomasse par les micro-organismes en fonction de la concentration en polluant Pol en sortie de traitement. Cette loi de croissance peut par exemple être de type loi de Monod ou loi de Haldane. Le bioréacteur 2 est adapté pour être alimenté selon un débit Q(t), à un instant t, en eau du lac 1 pompé par les pompes de sortie. Le bioréacteur 2 est adapté pour fournir au filtre 3 à l'instant t le fluide traité selon le même débit Q(t), afin de maintenir le volume de la ressource constant. Q(t) est égal à QI(t). t=1àp Les micro-organismes du bioréacteur ne dégradent pas immédiatement le polluant en biomasse, car la dégradation résulte d'un mécanisme de croissance bactérienne. Ainsi si le débit de pompage des pompes de sortie est élevé, l'eau circule rapidement dans l'unité de traitement, mais il n'est pas laissé beaucoup de temps aux micro-organismes pour dégrader efficacement le polluant Pol. Au contraire, si on fait circuler lentement l'eau, le temps de séjour de l'eau dans l'unité de traitement est long, l'action des microorganismes est efficace, mais la durée nécessaire pour faire circuler l'intégralité de l'eau du lac 1 s'allonge. L'eau traitée dans le bioréacteur retourne vers l'eau du lac et se dilue avec celle-ci, modifiant ainsi la concentration de polluant dans le lac, dont la répartition varie au cours du temps, régie par les lois de l'hydrodynamique. La vitesse idéale est donc un compromis qui dépend des performances des micro-organismes et de la dilution de l'eau traitée dans la ressource.Each output pump i = 1 to p, is adapted to pump water from the lake 1 and provide, at a respective flow rate Q 'of setpoint, the water thus pumped to the treatment unit 2. It will be noted QI ( t) the flow rate controlled at the output pump P 'at time t. Each output pump i = 1 to p, further comprises a measurement block (not shown) adapted to measure the pollutant concentration Pol in its vicinity. Si (t) is the pollutant concentration measured at time t. The treatment unit 2 is adapted to modify the pollutant concentration Pol of the water contained in the treatment volume V of unit 2, for example by a chemical or biochemical treatment. The processing speed by the treatment unit 2 of the water which is in the treatment volume V is determinable by a functioning law specific to the treatment unit 2. This law defines the speed of water treatment in the treatment unit depending on the concentration of the pollutant in the desired water at the outlet of the treatment unit. In the case under consideration, the treatment unit comprises a volume V bioreactor transforming the pollutant Pol into biomass using microorganisms. The operating law of the bioreactor comprises the growth law p of the microorganisms, which determines the specific degradation rate of the pollutant Pol in biomass by the microorganisms as a function of the pollutant concentration Pol at the end of treatment. This law of growth can for example be of the type of law of Monod or law of Haldane. The bioreactor 2 is adapted to be fed at a flow rate Q (t), at a time t, into water of the lake 1 pumped by the outlet pumps. The bioreactor 2 is adapted to provide the filter 3 at time t the fluid treated at the same rate Q (t), in order to maintain the volume of the resource constant. Q (t) is equal to QI (t). bioreactor micro-organisms do not immediately degrade the pollutant into biomass because degradation results from a bacterial growth mechanism. Thus, if the pumping rate of the outlet pumps is high, the water circulates rapidly in the treatment unit, but it is not left much time for microorganisms to effectively degrade the pollutant Pol. On the other hand, if the water is slowly circulated, the residence time of the water in the treatment unit is long, the action of the microorganisms is effective, but the time necessary to circulate the whole of the Lake 1 water lengthens. The treated water in the bioreactor returns to the lake water and dilutes with it, thereby changing the pollutant concentration in the lake, whose distribution varies over time, governed by the laws of hydrodynamics. The ideal speed is therefore a compromise that depends on the performance of the micro-organisms and the dilution of the treated water in the resource.
Il est donc nécessaire d'ajuster en permanence la vitesse de pompage en fonction de la concentration en polluant mesurée au lieu de pompage, afin de maintenir le rendement le plus efficace. La présente invention propose une solution pour un tel ajustement. Le filtre 3 est adapté pour filtrer l'eau en sortie de l'unité de traitement 2, de manière à en séparer la biomasse et ainsi ne pas réintroduire la biomasse dans le lac 1. Le débit d'alimentation du filtre et le débit de sortie du filtre sont égaux à Q(t) à l'instant t. Chaque pompe d'entrée PJ, j = 1 à q, est adaptée pour réinjecter, dans le lac 1, à un débit ai, l'eau fournie par le filtre 3. On notera Q(t) le débit de la pompe d'entrée P, à l'instant t. Q(t) est égal à / 0,(t). 1-1 àq Les pompes de sortie P' et l'unité de traitement 2 comprennent chacune un bloc de pilotage adapté pour télé-communiquer avec le module de calcul 4, et ainsi recevoir des consignes de débit et émettre des données. Par exemple, les blocs de pilotage des pompes de sortie P', de l'unité de traitement 2 et le module de calcul 4 comprennent des moyens de radiocommunication (représentés sur la figure 1 par une antenne) permettant l'échange de messages selon un protocole de communication donné. Dans le mode de réalisation considéré ici, les pompes d'entrée ne comprennent pas de moyens de radiocommunication pour échanger avec le module de calcul et les débits 0,(t) des pompes d'entrée sont simplement pris égaux à Q(t)/q. Dans d'autres modes de réalisation, les pompes d'entrée comprennent des moyens de radiocommunication pour échanger avec le module de calcul de manière à adapter leur débit respectif. Le module de calcul 4 est notamment adapté pour recevoir des données émises par les pompes de sortie P' et par l'unité de traitement 2, pour effectuer des traitements tels qu'indiqués ci-après et pour émettre des messages de commande à destination des pompes de sortie P' et de l'unité de traitement 2.It is therefore necessary to constantly adjust the pumping speed as a function of the pollutant concentration measured at the pumping station, in order to maintain the most efficient yield. The present invention provides a solution for such an adjustment. The filter 3 is adapted to filter the water leaving the treatment unit 2, so as to separate the biomass and thus not reintroduce the biomass in the lake 1. The filter feed rate and the flow rate of filter output are equal to Q (t) at time t. Each inlet pump PJ, j = 1 to q, is adapted to reinject, into the lake 1, a flow ai, the water supplied by the filter 3. Note Q (t) the flow rate of the pump. entry P, at time t. Q (t) is equal to / 0, (t). The output pumps P 'and the processing unit 2 each comprise a control unit adapted to telecommunicate with the calculation module 4, and thus receive rate instructions and transmit data. For example, the control blocks of the output pumps P ', the processing unit 2 and the calculation module 4 comprise radiocommunication means (represented in FIG. 1 by an antenna) enabling messages to be exchanged in a manner given communication protocol. In the embodiment considered here, the input pumps do not include radiocommunication means for exchanging with the calculation module and the flow rates 0, (t) of the input pumps are simply taken equal to Q (t) / q. In other embodiments, the input pumps comprise radiocommunication means for exchanging with the calculation module so as to adapt their respective flow rate. The calculation module 4 is in particular adapted to receive data transmitted by the output pumps P 'and by the processing unit 2, to perform processing as indicated below and to send control messages to the outlet pumps P 'and treatment unit 2.
Dans un mode de réalisation, le module de calcul 4 comprend un microcalculateur et une mémoire stockant un programme d'instructions logicielles (non représentés), et les étapes mises en oeuvre par le module de calcul 4 sont réalisées suite à l'exécution de ce programme sur le microcalculateur.In one embodiment, the calculation module 4 comprises a microcomputer and a memory storing a program of software instructions (not shown), and the steps implemented by the calculation module 4 are carried out following the execution of this method. program on the microcomputer.
En référence à la figure 2, les étapes suivantes d'un processus 100 sont mises en oeuvre à l'instant t, dans un mode de réalisation de l'invention, dans le système de traitement 10 pour déterminer les consignes de débit à appliquer en temps réel. Par exemple, t, = TO + n*T, où TO et T sont fixes. Dans une étape 101, chacune des pompes de sortie P', i = 1 à p, détermine la concentration courante, nommée SI(t,), du polluant Pol à proximité de la pompe de sortie et transmet par ses moyens de télécommunication, au module de calcul 4, un message indiquant la concentration SI(t) déterminée. Dans une étape 102, le module de calcul 4 détermine la concentration maximum de polluant Smax(t) = maximum{ SI(t) ; i = 1 à p} nommée ci-après Smax parmi les concentrations SI(t) reçues, i = 1 à p. Dans une étape 103, le module de calcul 4 détermine les débits Q(t) et QI(t) pour i = 1 à p. A cette fin, dans une sous-étape 103 1, il identifie les pompes de sortie, parmi les pompes de sortie P', i = 1 à p, telles que la concentration SI(t) < Smax - e (où e est un paramètre de tolérance à déterminer, significativement inférieur à Smax, par exemple inférieur à 10% de Smax : ces pompes de sortie ainsi identifiées sont celles dont le débit va être fixé à zéro par le module de calcul 4 pour l'instant tn. Ces pompes de sortie sont dites pompes de sortie inactives pour l'instant tn. Dans une sous-étape 103 2, le module de calcul 4 détermine en outre le débit d'alimentation Q(t) de l'unité de traitement 2, cette alimentation devant être assurée par les pompes de sortie dont la concentration mesurée est supérieure à Smax - E. Ces pompes de sortie sont dites pompes de sortie actives pour l'instant tn. Dans un mode de réalisation, ce débit d'alimentation Q(t) pour l'instant t, est déterminé de façon à optimiser dans l'unité de traitement 2, l'atteinte de l'objectif, dans le cas considéré l'atteinte de la valeur seuil S, en fonction de la concentration Smax considérée comme la concentration courante du lac, en fonction du volume V de l'unité de traitement 2 et de la vitesse de traitement de cette unité, définie par la loi de fonctionnement de l'unité de traitement. Dans le mode de réalisation considéré où l'unité de traitement 2 est un bioréacteur associé à une loi de croissance p, fonction de la concentration S dans le bioréacteur, Q(t) est choisi égal à V x p(S°P) où S°0 = arg max [p(Sr)(Smax - Sr)l, V étant le volume du S,E JO,Smax[ bioréacteur, conformément à ce qui est divulgué dans l'article « P. Gajardo, H. Ramirez, A. Rapaport and J. Harmand. Minimal-time bioremediation of natural water resources. Automatica, Volume 47, Issue 8(2011) pp. 1764-1769 ».With reference to FIG. 2, the following steps of a process 100 are implemented at time t, in one embodiment of the invention, in the processing system 10 to determine the flow instructions to be applied in real time. For example, t, = TO + n * T, where TO and T are fixed. In a step 101, each of the output pumps P ', i = 1 to p, determines the current concentration, called SI (t,), of the pollutant Pol near the outlet pump and transmits by its telecommunication means, to the calculation module 4, a message indicating the concentration SI (t) determined. In a step 102, the calculation module 4 determines the maximum pollutant concentration Smax (t) = maximum {SI (t); i = 1 to p} named hereafter Smax among the concentrations SI (t) received, i = 1 to p. In a step 103, the calculation module 4 determines the flow rates Q (t) and QI (t) for i = 1 to p. To this end, in a substep 103 1, it identifies the output pumps, among the output pumps P ', i = 1 to p, such as the concentration SI (t) <Smax - e (where e is a tolerance parameter to be determined, significantly lower than Smax, for example less than 10% of Smax: these output pumps thus identified are those whose flow will be set to zero by the calculation module 4 for the moment tn. In a substep 103 2, the calculation module 4 further determines the feed rate Q (t) of the processing unit 2, this feed before These output pumps are called active output pumps for the moment tn. In one embodiment, this feed rate Q (t) for the instant t, is determined so as to optimize in the processing unit 2, the achievement of the objective, in the case considered, the achievement of the threshold value S, as a function of the Smax concentration considered as the current concentration of the lake, as a function of the volume V of the treatment unit 2 and the speed of treatment of this unit, defined by the operating law of the processing unit. In the embodiment considered where the treatment unit 2 is a bioreactor associated with a growth law p, a function of the concentration S in the bioreactor, Q (t) is chosen equal to V xp (S ° P) where S 0 = arg max [p (Sr) (Smax-Sr) 1, V being the volume of S, E OJ, Smax [bioreactor, as disclosed in the article "P. Gajardo, H. Ramirez, A. Rapaport and J. Harmand. Minimal-time bioremediation of natural water resources. Automatica, Volume 47, Issue 8 (2011) pp. 1764-1769 ".
Dans une sous-étape 103 3, les débits de pompage des pompes de sortie actives pour l'instant tn, sont ensuite déterminés en fonction du débit Q(t) ainsi déterminé. Dans un mode de réalisation, le débit de pompage pour chaque pompe active de sortie pour l'instant t, est choisi de sorte que / QI(t) = Q(t,), par exemple en prenant, 1-1 à q pour chaque i=1 à p correspondant à une pompe P' de sortie active, 01(t,) égal à Q(t) divisé par le nombre de pompes actives pour l'instant t'. Dans une étape 104, le module de calcul 4 transmet, via ses moyens de télécommunication, à chaque pompe de sortie P', i = 1 à p, un message commandant la mise en oeuvre de la valeur de débit de pompage 01(t,) déterminée pour cette pompe pour l'instant t, : cette valeur est nulle pour les pompes identifiées comme inactives pour l'instant t, à la sous-étape 103_1 et est égale à celle déterminée à la sous-étape 103_3 pour les pompes identifiées comme actives pour l'instant t'. Et le module de calcul 4 transmet, via ses moyens de télécommunication, à l'unité de traitement 2 un message commandant la mise en oeuvre de la valeur, déterminée pour l'instant t', de débit Q(t) qui est la valeur de débit d'alimentation et la valeur de débit de fourniture au filtre 3 de l'eau traitée par l'unité de traitement 2. A la réception de ces commandes, les pompes de sortie P' et l'unité de traitement 2 mettent en oeuvre les nouvelles valeurs de débit ainsi commandées. Le débit des pompes d'entrée P,, i = 1 à q, s'adapte lui aussi automatiquement à la nouvelle valeur de débit 0(t,) de fourniture de l'eau traitée et filtrée et est égal alors à Q(t)/q. Puis, dans une étape 105, la condition de fin du processus 100 est testée. Ainsi, dans le cas considéré où une valeur cible S de concentration est à atteindre, si la concentration estimée (par exemple en moyenne, ou en valeur maximale) est inférieure à la valeur cible S, le traitement est stoppé dans une étape 106. Si non, n est incrémenté de 1 dans une étape 107. Et les étapes indiquées ci-dessus du processus 100 sont réitérées à l'instant tn+1. Les valeurs de débit de pompage sont constantes entre t, et tn+1. Ainsi 01(t) = QI(t) et Q(t) = 0(t,) pour t compris entre t, et tn+1.In a sub-step 103 3, the pumping rates of the active output pumps for the moment tn are then determined as a function of the flow rate Q (t) thus determined. In one embodiment, the pumping rate for each active output pump for the instant t, is chosen such that / QI (t) = Q (t,), for example by taking, 1-1 to q for each i = 1 to p corresponding to an active output pump P ', 01 (t,) equal to Q (t) divided by the number of active pumps for the moment t'. In a step 104, the calculation module 4 transmits, via its telecommunication means, to each output pump P ', i = 1 to p, a message controlling the implementation of the pump flow rate value 01 (t, ) determined for this pump for the instant t,: this value is zero for the pumps identified as inactive for the moment t, at the sub-step 103_1 and is equal to that determined in the sub-step 103_3 for the identified pumps as active for now t '. And the calculation module 4 transmits, via its telecommunication means, to the processing unit 2 a message controlling the implementation of the value, determined for the moment t ', of flow Q (t) which is the value supply flow rate and the supply rate value to the filter 3 of the water treated by the processing unit 2. On receipt of these commands, the outlet pumps P 'and the processing unit 2 set up implement the new flow values thus ordered. The flow rate of the inlet pumps P ,, i = 1 to q, also automatically adapts to the new flow rate value 0 (t,) of supply of the treated and filtered water and is then equal to Q (t ) / q. Then, in a step 105, the end condition of the process 100 is tested. Thus, in the case considered where a target value S of concentration is to be reached, if the estimated concentration (for example on average, or in maximum value) is lower than the target value S, the treatment is stopped in a step 106. no, n is incremented by 1 in a step 107. And the above steps of the process 100 are repeated at time tn + 1. The pump flow values are constant between t, and tn + 1. So 01 (t) = QI (t) and Q (t) = 0 (t,) for t between t, and tn + 1.
Ainsi dans le mode de réalisation considéré de l'invention, toutes les pompes de sortie actives à un instant t ont le même débit de pompage. Le nombre de pompes de sortie actives est variable dans le temps. Le débit de pompage des pompes de sortie qui sont actives est également variable dans le temps.Thus, in the embodiment considered of the invention, all output pumps that are active at a time t have the same pumping rate. The number of active output pumps is variable over time. The pumping rate of the output pumps that are active is also variable over time.
L'invention définit ainsi une adaptation de la puissance des pompes et du nombre de pompes actives dans le but de rendre le traitement le plus efficace. La présente invention offre une solution adaptée au cas où les concentrations du polluant dans la ressource peuvent être quelconques, notamment réparties de façon très hétérogène.The invention thus defines an adaptation of the power of the pumps and the number of active pumps in order to make the most effective treatment. The present invention provides a solution adapted to the case where the concentrations of the pollutant in the resource can be arbitrary, in particular distributed in a very heterogeneous manner.
Suivant un autre aspect, l'invention propose une solution de simulation pour optimiser le choix de la configuration d'un système de traitement, notamment la localisation physique des pompes et/ou de leur nombre, et ce par exemple préalablement à l'implantation d'un système de traitement d'une ressource en fluide. Considérons une ressource en fluide, par exemple un lac, sur laquelle un système de traitement de fluide est à implanter. Selon l'invention, on définit plusieurs configurations alternatives du système de traitement du lac, comprenant une unité de traitement avec un volume donné V de traitement et régie par une loi de fonctionnement définie, et des nombres distincts de pompes d'entrée et/ou des nombres distincts de pompes de sortie, et/ou des localisations variées de ces pompes, et/ou des algorithmes divers de pilotage de débit des pompes et de l'unité de traitement. Quelques obstacles peuvent en outre être considérés comme introduits dans la ressource. Les configurations peuvent également prendre en compte des valeurs du volume V distinctes et des lois de fonctionnements distincts.According to another aspect, the invention proposes a simulation solution for optimizing the choice of the configuration of a treatment system, in particular the physical location of the pumps and / or their number, for example prior to the implantation of a system for treating a fluid resource. Consider a fluid resource, for example a lake, on which a fluid treatment system is to be implanted. According to the invention, several alternative configurations of the lake treatment system are defined, comprising a processing unit with a given processing volume V and governed by a defined operating law, and distinct numbers of input pumps and / or distinct numbers of output pumps, and / or various locations of these pumps, and / or various flow control algorithms of the pumps and the processing unit. Some obstacles can be considered as introduced into the resource. The configurations can also take into account different V-volume values and distinct operating laws.
En fonction de la géométrie de la ressource, d'équations de mécanique des fluides (par exemple les équations de Navier-Stockes), des caractéristiques de fonctionnement des pompes d'entrée/sortie (notamment débit de pompage) et de l'unité de traitement (notamment débit d'alimentation) telles que définies dans chaque configuration, un modèle simulant l'écoulement des fluides dans la ressource est construit pour cette configuration. L'eau du lac transporte le polluant à traiter. On considère que seules les pompes mettent en mouvement l'eau dans le lac. A partir de cette hypothèse, des modèles ainsi construits et de l'utilisation d'une équation de transport-diffusion dépendant du coefficient de diffusivité du lac, il est possible de déterminer la vitesse du polluant et son déplacement dans l'eau du lac et par conséquent de déterminer l'évolution temporelle de sa concentration, en différents points du lac et notamment aux points d'implantation des pompes selon chacune des différentes configurations. Ainsi, pour chacune des configurations définies, il est possible de simuler l'évolution, en fonction du temps, de la concentration du polluant en un ou différents points du lac lors du traitement par une unité de traitement, en mettant en oeuvre un algorithme itératif implémentant les étapes 102 et 103 telles que décrites ci-dessus dans le cas d'un pilotage des pompes et de l'unité de traitement régi par le résultat de ces étapes, sur la base des valeurs de concentration déterminées au fur et à mesure. La comparaison des évolutions simulées permet de retenir la configuration la plus satisfaisante selon un ou plusieurs critères (rapidité de traitement de l'eau du lac, coût de l'installation en fonction du nombre de pompes), et ainsi de choisir le nombre et/ou l'emplacement des pompes d'entrée et/ou de sortie, ou encore le volume ou la nature de l'unité de traitement. A titre d'illustration, la figure 3 représente un graphe des évolutions dans le temps de la concentration moyenne d'un polluant dans un lac de géométrie connue, en fonction des caractéristiques du système de traitement, obtenues par simulations telles que décrites ci-dessus. La courbe L1 correspond à un système comportant notamment une pompe d'entrée, une pompe de sortie et une unité de traitement, avec des consignes respectives de débit de valeur constante. La courbe L2 correspond à un système qui, par rapport à celui considéré pour la courbe L1, comprend cette fois trois pompes de sortie, avec des consignes respectives de débit de valeur constante. La courbe L3 correspond à un système comparable à celui considéré pour la courbe L2, si ce n'est que les valeurs de débit des pompes de sortie et de l'unité de traitement sont pilotées par un algorithme itératif mettant en oeuvre les étapes 102-103, chaque itération permettant de déterminer des valeurs actualisées de débits de pilotage des pompes et de l'unité de traitement, ces valeurs actualisées étant alors prises en compte dans la simulation du traitement.Depending on the geometry of the resource, fluid mechanics equations (eg the Navier-Stockes equations), the operating characteristics of the inlet / outlet pumps (in particular the pumping rate) and the unit of processing (especially feed rate) as defined in each configuration, a model simulating the flow of fluids in the resource is constructed for this configuration. The lake water carries the pollutant to be treated. It is considered that only the pumps move the water in the lake. From this hypothesis, models thus constructed and the use of a transport-diffusion equation depending on the diffusivity coefficient of the lake, it is possible to determine the speed of the pollutant and its displacement in the lake water and consequently, to determine the temporal evolution of its concentration, at different points of the lake and in particular at the locations of the pumps according to each of the different configurations. Thus, for each of the defined configurations, it is possible to simulate the evolution, as a function of time, of the concentration of the pollutant at one or several points of the lake during treatment by a treatment unit, by implementing an iterative algorithm implementing steps 102 and 103 as described above in the case of driving the pumps and the processing unit governed by the result of these steps, on the basis of the concentration values determined as and when. The comparison of the simulated evolutions makes it possible to retain the most satisfactory configuration according to one or more criteria (speed of treatment of the water of the lake, cost of the installation according to the number of pumps), and thus to choose the number and / or or the location of the inlet and / or outlet pumps, or the volume or nature of the treatment unit. By way of illustration, FIG. 3 represents a graph of the evolutions over time of the average concentration of a pollutant in a lake of known geometry, as a function of the characteristics of the treatment system, obtained by simulations as described above. . The curve L1 corresponds to a system including in particular an inlet pump, an output pump and a processing unit, with respective constant flow rate instructions. The curve L2 corresponds to a system which, compared to that considered for the curve L1, this time comprises three output pumps, with respective instructions of flow of constant value. The curve L3 corresponds to a system comparable to that considered for the curve L2, except that the flow values of the output pumps and the processing unit are controlled by an iterative algorithm implementing the steps 102. 103, each iteration making it possible to determine updated values of pump and treatment unit control flow rates, these updated values then being taken into account in the simulation of the treatment.
Il s'avère que le traitement par le système correspondant à la courbe L3 permet de faire diminuer la concentration moyenne de façon plus rapide que les systèmes correspondant aux courbes L1 et L2. La présente invention propose donc une solution qui optimise la durée de traitement ou l'énergie de pompage pour atteindre l'objectif fixé, en s'adaptant de façon automatique aux performances de l'unité de traitement et aux caractéristiques hydrodynamiques de la ressource à traiter, en jouant notamment sur la vitesse et/ou la localisation et/ou le nombre de pompes. Dans le cas décrit en référence aux figures, la ressource de fluide considérée est un lac, mais l'invention peut bien sur être appliquée pour tout type de ressource de fluide : bassins de liquides industriels, piscicultures etc. L'invention a été décrite dans le cas du traitement d'un polluant, et peut bien sûr être utilisée pour traiter plusieurs polluants simultanément. Le module de calcul 4 peut être un module physiquement distinct des pompes, bioréacteur et filtre et par exemple être localisé dans un local informatique du système de pompage. Dans un autre mode de réalisation, le module de calcul 4 est intégré, dans un des éléments parmi les pompes, le bioréacteur et le filtre, voire distribué parmi plusieurs de ces éléments. Dans le mode de réalisation considéré, les blocs de mesure de concentration en polluant dans le lac font partie des pompes de sortie. Dans d'autres modes de réalisation, ces blocs sont distincts des pompes de sortie et comprennent des moyens pour transmettre les concentrations mesurées au module de calcul 4. Il a été considéré dans l'exemple décrit que le volume du bioréacteur V est faible comparé à celui du lac (par exemple d'au moins un facteur 100).It turns out that the treatment by the system corresponding to the curve L3 makes it possible to reduce the average concentration more rapidly than the systems corresponding to the curves L1 and L2. The present invention therefore proposes a solution that optimizes the treatment duration or the pumping energy to achieve the fixed objective, by automatically adapting to the performances of the treatment unit and to the hydrodynamic characteristics of the resource to be treated. , in particular by playing on the speed and / or the location and / or the number of pumps. In the case described with reference to the figures, the fluid resource considered is a lake, but the invention can of course be applied for any type of fluid resource: industrial liquids ponds, fish farms, etc. The invention has been described in the case of the treatment of a pollutant, and can of course be used to treat several pollutants simultaneously. The calculation module 4 may be a physically separate module pumps, bioreactor and filter and for example be located in a computer room of the pumping system. In another embodiment, the calculation module 4 is integrated in one of the pumps, the bioreactor and the filter, or even distributed among several of these elements. In the embodiment considered, the pollutant concentration measurement blocks in the lake are part of the outlet pumps. In other embodiments, these blocks are distinct from the output pumps and comprise means for transmitting the measured concentrations to the calculation module 4. It has been considered in the example described that the volume of the bioreactor V is small compared to that of the lake (for example at least a factor of 100).
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