Traitement des eaux.docx

621030158750Traitement des eaux usées industrielles (Législation, cas pratique) exemple d’un cas pratique  00Traitement des eaux usées industrielles (Législation, cas pratique) exemple d’un cas pratique  Plan du travail : Introduction Définition des eaux usées industrielles Déférents traitement des eaux usées industrielles Législation des eaux usées industrielles Exemple d’un cas pratique Conclusion Introduction : Les industries rejettent leurs effluents souvent directement dans l’environnement (rivières, nappes) et il est donc impératif pour elles de traiter ces effluents afin de prévenir toute pollution. Le principal problème des effluents industriels est qu’ils sont propres à chaque industrie et par conséquent, il est nécessaire d’adapter les processus de traitement des eaux à chaque industrie. Définition des eaux usées industrielles Elles contiennent également des matières organiques comme les eaux domestiques. Mais elles sont très différentes, car elles peuvent également contenir des produits toxiques, des hydrocarbures, des métaux lourds, des micropolluants... Ces eaux contiennent souvent une grande diversité de polluants, notamment  des polluants chimiques à l’état solide ou dissous. Les principaux polluants de ces effluents sont distingués en plusieurs catégories : Les métaux lourds Les toxines organiques Les matières azotées Les huiles et les graisses Les matières phosphorées Les matières en suspension Aux acides, bases et divers produits chimiques Aux hydrocarbures Aux matières radioactives Les différentes types de traitements : Traitements préliminaires Les conditions de prétraitement des effluents généraux d'usine sont très variées et liées au type d'activité industrielle : la rétention par dégrillage automatique et tamisage des matières volumineuses susceptibles de gêner les étapes ultérieures du traitement est souhaitable dans la plupart des industries et impérative dans certaines (industries agroalimentaires ou papeteries) ; l'opération de dessablage assurant l'élimination des particules grossières et de forte densité par décantation, n'est réalisée que dans quelques industries (aciéries, laminoirs, fonderies, sucreries, sablières). l'élimination des produits insolubles de faible densité (huiles, graisses hydrocarbures) réalisée généralement par flottation peut s'avérer intéressante pour le dégraissage d'effluents d'industries agroalimentaires (IAA) et de laminage à froid et aussi pour le déshuilage des rejets provenant des circuits de graissage ou de stockage de combustibles et parfois de diverses fabrications, en particulier en pétrochimie ; la neutralisation qui a pour objet de rectifier le pH d'effluents trop acides ou trop alcalins, quand elle n'est pas incluse dans le traitement physico-chimique, peut s'avérer indispensable avant épuration biologique ; pour bon nombre de rejets industriels, il est souvent souhaitable d'assurer leur homogénéisation de composition au niveau d'un bassin tampon de tête, ce qui permet d'écrêter les variations du débit hydraulique et d'assurer si nécessaire une pré -neutralisation ; enfin, le refroidissement est quelquefois nécessaire pour protéger une épuration biologique ou satisfaire les normes de rejet, c'est le cas en cokerie, pétrochimie, chimie et dans l'industrie des pâtes et papiers. Traitement physico-chimiques Ces traitements assurent la séparation physique des insolubles solides (matières en suspension et précipités) et liquides (substances huileuses à l'état libre ou en émulsion, hydrocarbures...) de l'eau avec pour objectif une clarification plus ou moins poussée des rejets. Les matières en suspension que l'on peut habituellement éliminer par décantation font classiquement l'objet du traitement primaire. Une clarification globale des rejets nécessite l'élimination complète de la pollution colloïdale et finement dispersée, qui ne peut être obtenue que moyennant l'utilisation de réactifs chimiques lors d'un traitement physico-chimique qui implique la mise en œuvre d'une coagulation-floculation en amont d'une séparation solide-liquide. Ce traitement peut, suivant les cas, constituer un stade intermédiaire ou un stade final du traitement. Il a une ou plusieurs fins : précipitation des métaux et des sels toxiques ou indésirables (fluorures F-, sulfates, phosphates, etc.) élimination des huiles et hydrocarbures de bon nombre de rejets industriels par exemple des raffineries, laminoirs etc. ; clarification poussée avec séparation totale de la pollution particulaire colloïdale ce qui se traduit généralement par une réduction concomitante de la DBO5 et DCO des rejets correspondants que l'on peut attribuer aux substances organiques ainsi éliminées. Le traitement physico-chimique suppose le maintien du pH dans une zone assez étroite. Suivant les caractéristiques générales des effluents industriels à traiter et la nature du processus industriel amont (précipitation, cristallisation, coagulation ou floculation) mis en oeuvre, la séparation des insolubles peut être réalisée par voie gravitaire (décantation) ou en sens inverse (flottation). Selon la rapidité de la séparation visée, on utilise différents types d'ouvrages de clarification : - en décantation : les décanteurs statiques raclés, les décanteurs à recirculation de boues, les décanteurs lamellaires ; - en flottation : essentiellement la technologie d'aéroflottation et plus rarement d'électroflottation. L'optimisation du procédé d'épuration et les nouvelles contraintes d'encombrement s'avèrent les paramètres de choix essentiels. Pour certaines applications industrielles, la réutilisation de l'eau traitée clarifiée (par l'intermédiaire d'un recyclage) implique une filtration sur sable complémentaire. À noter que selon les circonstances, l'épuration physico-chimique peut être simultanée à d'autres processus comme la neutralisation des rejets, l'oxydation (sulfures, fer ferreux...) et la réduction (chromates) de certains composés. Ces processus mettent en jeu des automates de régulation du pH ou du potentiel redox. Par ailleurs, pour éliminer de certains rejets industriels (pétrochimie, cokerie, fabrication de cellulose), les produits soufrés, azotés et les composés organiques volatils, on réalise leur stripping, c'est-à-dire leur entraînement par un gaz vecteur (air ou vapeur d'eau) en faisant ruisseler à contre-courant l'eau à traiter dans des tours remplies de matériaux de contact. Traitements biologiques Ils constituent le mode classique d'épuration de la pollution organique des eaux résiduaires industrielles. Les techniques d'épuration biologique reposent sur les conditions qui permettent aux flores bactériennes de se développer et d'assurer la dégradation des matières organiques polluantes, qui sont ainsi éliminées dans la mesure où elles servent d'aliments aux bactéries aérobies ou anaérobies. Le recours à l'épuration biologique dépend évidemment étroitement de la biodégradabilité des rejets industriels. Les procédés les plus couramment mis en œuvre pour la dépollution des rejets industriels sont du type aérobie (présence d'air ou d'oxygène), car la cinétique du processus s'avère beaucoup plus rapide et les rendements d'épuration plus élevés qu'avec les traitements biologiques anaérobies. Dans les traitements biologiques aérobies, on distingue : les procédés aérobies utilisant une culture bactérienne libre en suspension dans l'eau à traiter (épuration par boues activées, lagunage naturel et aéré) ; les procédés aérobies utilisant une culture bactérienne fixée sur un support (épuration par lits bactériens, par bio-disques ou par bio-filtration). Dans la conception des installations et le dimensionnement des différentes étapes du traitement biologique aérobie, il convient de tenir compte des particularités propres des eaux résiduaires industrielles (ERI) : - les ERI, qui ont subi un traitement préalable physico-chimique, sont peu chargées en matières en suspension totales (MEST) et présentent, par suite, une pollution organique (DBO5, DCO) principalement soluble ; - la composition des ERI en nutriments est rarement équilibrée. Une correction de la teneur en phosphore et/ou azote doit souvent être pratiquée ; - les ERI renferment souvent (notamment dans l'industrie chimique) de fortes concentrations en sels minéraux dont les variations rapides peuvent perturber le bon fonctionnement de l'épuration biologique ; - une attention particulière doit être apportée au maintien du pH et de la température à des valeurs constantes ; - les polluants organiques des ERI présentent des biodégradabilités et des taux de biodégradation très variables. Certaines matières organiques sont dégradées rapidement, d'autres plus lentement, enfin certaines ne le sont pas ou peu et participent ainsi à la DCO « dure » de l'eau traitée. D'une manière générale, la stabilité et l'efficacité de l'épuration biologique des ERI comparées à celles des ERU (eaux résiduaires urbaines) impliquent des cinétiques plus lentes des réactions de dégradation de la pollution, c'est-à-dire des temps de contact plus importants de l'effluent à traiter avec la biomasse épuratrice et par suite des âges de boues élevés; - le démarrage des installations peut, par ailleurs, nécessiter des ensemencements appropriés et s'avère généralement beaucoup plus lent qu'avec des effluents urbains. Notons que l'élimination de la pollution organique concentrée de certains rejets industriels biodégradables (en particulier dans l'industrie agroalimentaire) se fait, de plus en plus, par des procédés d'épuration anaérobie de méthanisation pouvant fonctionner avec une biomasse en suspension ou fixée sur un support. Les traitements biologiques anaérobies, tout en assurant une élimination de la pollution organique carbonée de 70 à 85 %, présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux traitements biologiques aérobies : faible consommation d'énergie pour les besoins du procédé ; faible production de boues biologiques en excès (5 fois moins que pour un traitement aérobie) ; et surtout, récupération d'un biogaz (à 70 % de méthane) pouvant être utilisé industriellement comme source d'énergie. Pour plus de détails, on se reportera dans le présent traité aux articles spécialisés traitant de l'épuration biologique. Traitements tertiaires ou de finition Dans le vocabulaire courant de l'épuration, ce terme désigne un ou des traitements complémentaires permettant d'obtenir une qualité d'effluent supérieure à celle obtenue par les procédés physicochimique et biologique classiques. Il s'agit d'affiner l'eau en poussant l'épuration le plus loin possible avec la possibilité de viser deux objectifs différents : l'amélioration des performances des paramètres classiques, à savoir les matières en suspension totale MEST par filtration sur sable par exemple la DBO5 et la DCO moyennant la mise en œuvre de procédés biologiques de finition par lagunage et bio-filtration ou d'un traitement d'adsorption sur charbon actif (percolation sur des colonnes de charbon en grains) ; - traitement d'adsorption : L'adsorption est un traitement efficace pour enlever la matière organique, particulièrement quand la charge moléculaire est importante et la polarité est faible. Le charbon actif peut donc être utilisé pour enlever les phénols, les hydrocarbures saturés qui sont des molécules insolubles difficilement attaquables par l'ozone, les pesticides, les, les agents tensio-actifs... l'action spécifique sur des paramètres qui ne sont que peu ou pas touchés par les traitements classiques, par exemple : élimination des éléments nutritifs (azote et phosphore) responsables de l'eutrophisation, par des traitements biologiques (nitrification et dénitrification de l'azote) ou physico-chimiques de finition (post-précipitation du phosphore), réduction et limitation de la pollution bactérienne, par des procédés de désinfection utilisant des bactéricides (agents chlorant et ozone) ou des rayons UV, élimination plus ou moins poussée de la DCO soluble non biodégradable et, plus particulièrement, de la coloration des ERI par des techniques d'oxydation diverses (utilisation de l'oxygène à haute température et sous pression, ozonation, action de l'eau oxygénée H2O2), des procédés d'adsorption (charbon actif), voire des techniques de séparation membranaire (ultrafiltration, osmose inverse...). -osmose inverse : L’osmose inverse est une technique séparative membranaire permettant d’extraire de l’eau pure par le passage de l'eau sur membrane semi-perméable de grande surface (entièrement automatisé sans produit chimique). Législation des eaux usées industrielles : Base / cadre réglementaire : loi 10-95 sur l’eau Instruments importantes adoptés par la loi : Autorisation : tout déversement est soumis à autorisation Financier : tout déversement est soumis au payement d’une redevance Décrets en vigueur Décret n*2-04-553 relatif aux déversements, écoulement, rejet, dépôts directs ou indirects dans les eaux superficielles ou souterraines. Arrêté en projet : Des valeurs limites générales de rejet liquide Arrêtés en vigueur Valeurs limites spécifiques des Rejets : Des industries de la pate à papier, du papier et du carton (2006) Des industries du sucre (2006) Des industries de ciment (2006) De la branche de galvanisation à chaud relevant de l’activité du traitement de surface(2010) Important Les valeurs limites spécifique de rejet sont applicables à compter du 17 aout2011. Conséquences a courte terme pour les secteurs De la pate à papier, du papier et du carton. Du sucre. galvanisation à chaud relevant de l’activité du traitement de surface. Exemple d’un cas pratique : Cas de L'industrie papetière au France Les eaux usées provenant des usines de pâtes et papiers sont souvent riches en  matières en suspension, essentiellement des fibres, du bois, du mucilage, des cendres et des matériaux de remplissage. La consommation d'eau dans la production de papier est énorme et il en va de même de la quantité d'eaux usées. La production d'une tonne de papier requiert environ 200 m³ d'eau.   Le nettoyage à l'eau du tamis avec un prétraitement permet de réduire la consommation d'eau douce. Il permet également la récupération de quelque 0,5 à 5 kg solides par m³ d'eau. Le traitement proprement dit comporte trois étapes: mécanique, chimique et biologique.   Le traitement mécanique peut comprendre une sédimentation (cas le plus fréquent), une flottation ou une filtration. Ce traitement permet d'enlever les fines particules en suspension dans l'eau. Pour améliorer la sédimentation, des floculant chimiques peuvent être utilisés, tels que le sulfate d'aluminium ou des polymères. L'efficacité de ces produits dépend de la valeur du pH, qui doit faire l'objet d'une attention particulière, puisque les produits chimiques peuvent modifier sa valeur.   La vitesse du traitement biologique dépend de la température, du pH et de la concentration de nitrates et de l'oxygène. Pour un fonctionnement optimal, la température doit être comprise entre 20 °C et 30°C et le pH entre 6,5 et 8,5. Les temps de séjour doivent être importants, ce qui nécessite des bassins de très grandes dimensions. L'aération améliore l'oxydation. L'utilisation de boues activées, dans le cas de grandes quantités d'eaux usées avec une charge en DBO importante, permet de réduire le temps de séjour, en revanche l'installation est plus coûteuse. Le pH et la teneur en oxygène doivent être mesurés et régulés. Conclusion : Les activités issues de l'industrie génèrent beaucoup des effluents souvent nocifs, qui ne peuvent pas être rejetés tels quels dans l'environnement. Il est donc nécessaire de procéder à leur traitement avant tout rejet des eaux usées dans la nature.