Optimisation des réseaux d'eau industriels. Développement d'outils de conception générique et application à un site industriel

Optimization of industrial water networks. Development of generic design tools and application in a real industrial site

• Auteur / Autrice : Keivan Nemati-Amirkolaii
• Direction : Marie-Laure Lameloise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 31/08/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering (Massy, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Montastruc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Arlabosse, Antoine Collignan, Mohamed Hédi Romdhana, Assaad Zoughaib
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Arlabosse, Antoine Collignan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Huiles végétales

Eaux usées

Eau -- Réutilisation

Optimisation mathématique

Recherche opérationnelle

Industries agroalimentaires

Mots clés libres

Efficience de l’eau industrielle

Réutilisation de l’eau

Optimisation multi-Objectifs

Industrie agroalimentaire

Industrie agroalimentaire

Huiles alimentaires

Industrial water efficiency

Water reuse

Multi-objective optimization

Operational research

Food industry

Edible oil

Résumé

L'application d'une gestion durable de l'eau est vitale pour tous les secteurs industriels, en particulier l'industrie alimentaire qui est l'un des secteurs les plus consommateurs d'eau. Elle peut être gérée par l'optimisation de la réutilisation, de la régénération et du recyclage de l'eau afin d'optimiser les coûts de production et de réduire les effets sur l'environnement. L'utilisation de certaines méthodes classiques d'intégration de masse peut aider à réduire la consommation d'eau et les rejets d'eaux usées. La mise en œuvre de ces méthodes dans le secteur alimentaire se heurte à différents obstacles, tels que le manque d'informations sur les volumes détaillés d'eau et d'eaux usées dans les différentes opérations et les données relatives aux indicateurs de polluants. L’analyse du pincement massique qui est une variante du pincement énergétique, est une approche globale et systématique qui vise à minimiser la consommation d'eau et la production d'eaux usées. Cette méthode classique est normalement adaptée aux réseaux d’eau avec un seul contaminant. En réalité, la plupart des systèmes industriels sont complexes et multi-contaminants, notamment dans le secteur alimentaire. La méthode classique n’est pas en mesure de traiter ce type de problème. L'utilisation d'outils d'optimisation numérique en s'inspirant de la logique du pincement de l'eau est une approche appropriée pour traiter les problèmes réels et complexes.Deux outils numériques basés sur la logique d'analyse du pincement de l'eau sont développés. Le premier outil est basée sur une approche d’optimisation manuelle assistée par des algorithmes numériques. Le deuxième outil est basé sur une optimisation multi-objectifs avec contraintes. Ces deux outils sont conçus pour prendre en charge des réseaux d'eau industriels réels, complexes et qui contiennent plusieurs contaminants. Les approches conçues permettent d’identifier le minimum d'eau et proposer une conception optimale du réseau d’eau.Une application des deux outils a été réalisée pour une entreprise de raffinage des huiles alimentaires.

The application of sustainable water management is vital for all industrial sectors, especially the food industry, one of the most water-consuming sectors. It can be managed by optimizing water reuse, regeneration, and recycling to optimize the production costs and reduce the environmental impacts. Using classical mass integration methods can help to reduce water consumption and wastewater production. Implementing these methods in the food sector faces various challenges, such as the lack of water and wastewater volume in different operations and the data related to pollutant indicators. As a variation of energy pinch, water pinch analysis is a comprehensive and systematic approach that tries to minimize water consummation and wastewater production. This classic method is suitable for mono-contaminant systems. However, most industrial systems are complex and involve multiple contaminants, especially in the food sector. The classic methods are not able to deal with these kinds of problems. Using numerical optimization tools by inspiring water pinch logic is a suitable approach to handling real and complex water networks.Two numerical tools based on the logic of water pinch analysis are developed. The first tool is based on a manual optimization approach assisted by numerical algorithms. The second tool is based on constrained multi-objective optimization. These two tools are developed to handle real and complex industrial water systems that contain multiple contaminants. The designed approaches lead to target the minimum freshwater by using the maximum possibility of reuse. A French edible oil company has been selected as the real industrial application of the developed tools.