Simulation de traitement des eaux usées pour un important fournisseur de services publics au Royaume-Uni

Simulation de traitement des eaux usées pour un important fournisseur de services publics au Royaume-Uni

Référence, HM Government (2018), Nos déchets, nos ressources, une stratégie pour l'Angleterre

Référence: HM Government (2018),
Nos déchets, nos ressources: une stratégie pour l'Angleterre

Problème et contexte Comment les entreprises de services publics peuvent-elles améliorer l'efficacité de leurs systèmes d'eaux usées?

Différent types des eaux usées du secteur de l'eau au Royaume-Uni sont évaluées à 8,7 milliards d'euros et emploient 42 000 personnes. Chaque jour, il traite plus de 16 milliards de tonnes d'eaux usées. De plus en plus, une partie des eaux usées se transforme en bio-ressources qui peuvent être utilisées pour l'énergie ou dans d'autres industries. À l'heure actuelle, la déréglementation et la concurrence s'intensifient dans le secteur des eaux usées, ce qui crée des possibilités d'innovation au cours de la chaîne d'approvisionnement à différents stades du cycle de traitement de l'eau. Les entreprises de services publics sont maintenant en concurrence les unes contre les autres pour gérer les bio-ressources, faire des chaînes d'approvisionnement en eaux usées et l'efficacité de leurs réseaux logistiques une industrie extrêmement rentable.

Opportunités pour la gestion de la chaîne d'approvisionnement et du contrôle des processus dans l'industrie du secteur de l'eau au Royaume-Uni

Opportunités pour la gestion de la chaîne d'approvisionnement et
du contrôle des processus dans l'industrie du secteur de l'eau au Royaume-Uni

Pour les fournisseurs de services publics d'eau, il peut être difficile de développer l'efficacité des ressources des chaînes d'approvisionnement et des processus, en particulier lorsqu'on les considère dans le contexte de la durabilité industrielle. La configuration et l'essai de nouvelles conceptions pour les réseaux logistiques des eaux usées qui transforment les bio-ressources en produits biologiques utiles comme l'énergie est une option, ce qui est logique sur le plan économique et environnemental; d'autant plus qu'il s'agit d'une ressource clé et d'un facteur contribuant au maintien et à l'amélioration potentielle de la qualité de vie de la société. Toutefois, pour atteindre l'efficacité des ressources dans le secteur du traitement des eaux usées, il faut de nouveaux modèles et de nouvelles façons de penser.

Optimisation des processus de traitement des eaux usées, diagramme des systèmes avec la portée du modèle en rouge comme DES

Optimisation des processus de traitement des eaux usées:
diagramme des systèmes avec la portée du modèle en rouge comme DES

C'est pourquoi, lorsqu'une Société Britannique de traitement des eaux usées a décidé d'optimiser l'infrastructure logistique de son réseau d'installations, elle a sollicité l'expertise de decisionLab, une société de conseil londonienne spécialisée dans la création d'outils de prise de décision simulation, l'optimisation et l'apprentissage automatique. Les ingénieurs du decisionLab devaient simuler et tester la chaîne d'approvisionnement du traitement des eaux usées dans un environnement sans risque, en mettant l'accent sur les nouveaux processus, avant que des investissements en capital ne soient faits. Grâce à un modèle de simulation de traitement des eaux usées, ils seraient en mesure d'évaluer l'utilisation de différents types d'installations de peuplement et de digestion anaérobie, et d'optimiser leur quantité en fonction du rendement des investissements énergétiques.

La configuration optimisée conduirait à:

La clé pour fournir un modèle efficace de simulation de traitement des eaux usées, dans ce cas, était de comprendre la durabilité de l'opération et de s'assurer qu'il y avait une visibilité de tout retour sur les investissements logistiques et énergétiques. Les deux entraîneraient un impact « net-positif ». Pour déterminer cela, la simulation de traitement de la chaîne d'approvisionnement en eaux usées a été utilisée pour prévoir si le système était suffisamment agile pour minimiser les dépenses en immobilisations et permettre d'autres investissements dans l'infrastructure.

Modèle de simulation de traitement des eaux usées montrant le traitement (bleu), le caking (jaune) et la digestion (rouge) et le routage

Modèle de simulation de traitement des eaux usées montrant
le traitement (bleu), le caking (jaune) et la digestion (rouge) et le routage

Résultats de simulation de traitement des eaux usées qui comparent le routage logistique optimal dans quatre scénarios différents

Résultats de simulation de traitement des eaux usées
qui comparent le routage logistique optimal dans quatre scénarios différents

Solution

Pour modéliser un réseau d'installations de traitement des eaux usées, l'équipe decisionLab a appliqué les capacités de simulation AnyLogic. Cette plate-forme était un ajustement naturel pour la modélisation d'un environnement aussi complexe, avec ses outils de modélisation flexibles, permettant une combinaison d'événements discrets et d'approches basées sur le comportement des agents, de sorte que le modèle développé pourrait être optimisé pour un coût minimum et un rendement énergétique maximal. AnyLogic a également fourni d'excellentes capacités de visualisation et a permis aux ingénieurs d'utiliser la fonctionnalité SIG pour mieux afficher le réseau logistique et rendre les données visuellement convaincantes.

Les consultants du desicionLab ont décidé de se concentrer sur: comprendre la durabilité de l'opération, s'assurer qu'il y avait un retour sur les coûts logistiques de traitement des eaux usées, et que le retour sur investissement de l'énergie était positif. Pour soutenir le client, les consultants ont simulé quatre scénarios:

Optimisation de la capacité de digestion anaérobique pour le flux du système et la population desservie

Optimisation de la capacité de digestion anaérobique
pour le flux du système et la population desservie

Résultat

À la suite de ces travaux, un modèle de simulation de traitement des eaux usées pour l'écologie industrielle du fournisseur de services publics a été mis au point. Ce modèle peut être utilisé pour soutenir la planification du réseau et prouver diverses hypothèses. Il a été spécifiquement utilisé pour comparer les indicateurs de rendement clés suivants à l'aide des scénarios décrits ci-dessus:

Retour sur investissement énergétique dans les sites de  transformateurs anaérobiques en 2018 et 2019

Retour sur investissement énergétique dans les
sites de transformateurs anaérobiques en 2018 et 2019

La première idée était que les installations de digestion anaérobique (AD) les plus performantes étaient celles dont la capacité de 5 à 10 millions de litres était répartie sur toute la chaîne d'approvisionnement. Il s'agit d'un résultat surprenant, car l'équipe d'ingénierie avait initialement supposé, à partir d'une analyse statique, que les installations centralisées de plus grande qualité (les capacités de lt;10 et de 20 à 30 millions de litres) étaient plus productives car elles pouvaient potentiellement digérer davantage, et donc devrait être en mesure de desservir un pourcentage plus élevé de la population. Cela s'est avéré erroné à l'aide du modèle de simulation. La deuxième constatation était que les installations de digestion anaérobique de taille moyenne étaient beaucoup mieux en termes de retour sur investissement d'énergie et de la quantité de population que l'eau retraitée servait.

Le travail de DecisionLab avec AnyLogic répondait aux exigences du client. Cela leur a permis de mieux comprendre leurs processus et les approches alternatives pour optimiser leur chaîne d'approvisionnement actuelle grâce à de nouvelles infrastructures et méthodes logistiques qui pourraient maximiser les rendements économiques et écologiques.



Regardez la vidéo du Dr Aanand Davé, présentant cette étude de cas à la Conférence AnyLogic, ou téléchargez sa présentation.

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