Quel est le rôle d'une turbine d'aération lente dans une station d'épuration d'eau et quels avantages présente-t-elle par rapport aux autres types de turbines?

Une turbine d'aération lente joue un rôle crucial dans le processus de traitement des eaux usées au sein d'une station d'épuration. Elle est principalement utilisée dans l'aération des bassins pour favoriser le mélange et l'oxygénation de l'eau. Voici ses fonctions et ses avantages :

1. **Rôle de la turbine d'aération lente :**
- **Oxygénation** : Elle introduit de l'oxygène dans l'eau, essentiel pour le développement des micro-organismes aérobies qui décomposent la matière organique présente dans les eaux usées.
- **Mélange** : La turbine assure un mélange homogène du bassin, ce qui empêche la formation de zones mortes et permet une distribution uniforme de l'oxygène et des nutriments.
- **Dégradation des polluants** : En fournissant l'oxygène nécessaire, elle facilite la dégradation biologique des polluants organiques et la nitrification, contribuant ainsi à une réduction efficace des charges polluantes.

2. **Avantages de la turbine d'aération lente :**
- **Efficacité énergétique** : Comparée aux turbines rapides, elle consomme moins d'énergie tout en maintenant un niveau d’oxygénation adéquat, ce qui réduit les coûts d'exploitation.
- **Durabilité et maintenance** : Les turbines à rotation lente sont généralement moins sujettes à l'usure, réduisant ainsi les besoins en maintenance fréquente et augmentant la longévité de l'équipement.
- **Réduction de l'aérosolisation** : En raison de la vitesse réduite, il y a moins de formation d'aérosols, ce qui diminue les risques de dispersion de microorganismes pathogènes dans l'air.
- **Adaptabilité** : Elles peuvent s'adapter à des variations de charge et de volume dans la station d'épuration, offrant une flexibilité opérationnelle.
- **Meilleure technologie d'aération de surface** : Comme souligné, elles représentent une technologie avancée dans le domaine de l'aération de surface, garantissant une performance optimale dans divers scénarios d'exploitation.

En conclusion, une turbine d'aération lente est non seulement efficace pour assurer un bon traitement des eaux usées mais elle offre également des avantages économiques et opérationnels significatifs par rapport à d'autres types de turbines.

Le rôle d'une turbine d'aération est d'oxygéner l'eau de la station afin de rendre cet oxygène disponible aux bactéries aérobiques qui en ont besoin pour abattre la charge organique, et dans certains cas nitrifier l'azote ammoniacal. C'est en quelque sorte le poumon de la station d'épuration.

L'avantage principal de turbines lentes de surface est de présenter un rendement très élevé, et durable dans le temps. Pour oxygéner de l'eau il faut créer de la surface de contact entre l'air et l'eau. A cette fin, il faut donc brasser un maximum de volume, et l'éjecter sous forme de gouttes les plus petites possible.

Au sein de ce que la littérature appelle les turbines lentes, il faut différencier plusieurs types qui auront des rendements entre 1,5 kgO2/kWh et 2,2 kgO2/kWh selon la norme EN12 255 15. En général on retrouve deux types de turbines :

- Les turbines "Flat sheet" ou "planes", qui sont formées d'une tôle en acier sur laquelle des pales sont soudées. Elles présentent des rendements plus élevés (1,7 à 2,2 kgO2/kWh selon les modèles). Généralement protégée par Epoxy, la turbine à une durée de vie extrêmement longue (>40 ans)

- Les turbines coniques, qui sont généralement en polyester et reprennent la forme d'un rotor de pompe. Elles présentent des rendements plus faibles (1,5 à 1,7 kgO2/kWh selon les modèles). Leur longévité est limitée car le polyester s'altère dans le temps (porosité, déchirures,...)

Une règle générale qui permet de facilement se retrouver est de comparer les diamètres. Au plus grand sera le diamètre au meilleur sera le rendement. En effet, à puissance égale, un grand diamètre aura une meilleure capacité de pompage (Metcalf & Eddy) qu'un diamètre plus faible. Plus de pompage équivaut à de la surface de contact "air-eau" et donc du transfert d'oxygène.

D'autres avantages sont évidemment à mettre en avant : 

- Maintenance faible (vidange d'huile 1 fois tous les 2 ans)

- Durable dans le temps (durée de vie > 20 ans)

- A basse fréquence, les turbines peuvent servir de mélangeurs

- Installation sur passerelle fixe ou flottante

- Facilité d'installation

Dans tous les cas, les technologies d'aération de surface rapide, d'aération de fond par aspiration d'air (dépression) ou de fond à bulles moyennes ou grosses présentent des rendements d'aération extrêmement faibles (entre 0,5 et 1,2 kgO2/kWh). Si elles présentent un cout d'investissement moindre, le RSI d'une turbine lente est en général de 1 à 2 ans sur simple économie d'énergie.

Dans une STEP classique, entre 70% et 80% de la consommation d'énergie est attribuée à l'aération. Le rendement doit donc être la base principale de comparaison.