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Traitement des eaux usées industrielles | Publication IWA


Traitement des eaux usées industrielles

Le traitement des eaux usées industrielles couvre les mécanismes et procédés utilisés pour traiter les eaux qui ont été contaminées d’une manière ou d’une autre par des activités industrielles ou commerciales anthropiques avant leur rejet dans l’environnement ou leur réutilisation.

La plupart des industries produisent des déchets humides, bien que les tendances récentes dans le monde développé aient été de minimiser cette production ou de recycler ces déchets dans le processus de production. Cependant, de nombreuses industries restent dépendantes des procédés qui produisent des eaux usées.

Sources d’eaux usées industrielles

Déchets agricoles

Brasseries

La bière est une boisson fermentée à faible teneur en alcool fabriquée à partir de différents types de céréales. L’orge prédomine, mais le blé, le maïs et d’autres céréales peuvent être utilisés. Les étapes de production comprennent:
• Production et manutention du malt: livraison et nettoyage des céréales; trempage du grain dans l’eau pour démarrer la germination; croissance de radicelles et développement d’enzymes (qui transforment l’amidon en maltose); broyage et polissage du malt pour éliminer les radicelles; stockage du malt nettoyé
• Production de moût: broyage du malt en mouture; mélanger le grist avec de l’eau pour produire une purée dans la cuve de purée; chauffage de la purée pour activer les enzymes; séparation des résidus de farine dans la cuve de filtration pour laisser un moût liquide; ébullition du moût avec du houblon; séparation du moût de
le trub / hot break (résidus précipités), la partie liquide du trub étant renvoyée
à la cuve de filtration et le houblon épuisé va à un récipient de collecte; et refroidissement du moût
• Production de bière: ajout de levure au moût refroidi; fermentation; séparation de la levure épuisée
par filtration, centrifugation ou décantation; mise en bouteille ou en fût.
La consommation d’eau des brasseries varie généralement de 4 à 8 mètres cubes par mètre cube (m3 / m3) de bière produite.

Les brasseries peuvent réaliser un rejet d’effluent de 3 à 5 m3 / m3 de bière vendue (hors eaux de refroidissement). Les effluents non traités contiennent généralement des solides en suspension de l’ordre de 10 à 60 milligrammes par litre (mg / l), la demande biochimique en oxygène (DBO) comprise entre 1 000 et 1 500 mg / l, la demande chimique en oxygène (DCO) de l’ordre de 1 800 à 3 000 mg / l,
et azote compris entre 30 et 100 mg / l. Le phosphore peut également être présent à des concentrations de l’ordre de 10 à 30 mg / l. Les effluents des différentes étapes du processus sont variables. Par exemple, le lavage des bouteilles produit un grand volume d’effluent qui, cependant, ne contient qu’une petite partie des matières organiques totales rejetées par la brasserie. Effluents de fermentation
et le filtrage sont riches en matières organiques et en DBO, mais en faible volume, représentant environ 3% du volume total des eaux usées mais 97% de la DBO. Le pH de l’effluent est en moyenne d’environ 7 pour l’effluent combiné, mais peut fluctuer de 3 à 12 selon l’utilisation d’agents de nettoyage acides et alcalins. La température moyenne des effluents est d’environ 30 ° C.

Industrie laitière

L’industrie laitière consiste à transformer le lait cru en produits tels que le lait de consommation, le beurre, le fromage, le yogourt, le lait condensé, le lait en poudre (lait en poudre) et la crème glacée, en utilisant des processus tels que le refroidissement, la pasteurisation et l’homogénéisation. Les sous-produits typiques comprennent le babeurre, le lactosérum et leurs dérivés.
Caractéristiques des déchets
Les effluents laitiers contiennent des sucres dissous et des protéines, des graisses et éventuellement des résidus d’additifs. Les paramètres clés sont la demande biochimique en oxygène (DBO), avec une moyenne allant de 0,8 à 2,5 kilogrammes par tonne métrique (kg / t) de lait dans l’effluent non traité; la demande chimique en oxygène (DCO), qui est normalement environ 1,5 fois le niveau de DBO; le total des solides en suspension, à raison de 100 à 1 000 milligrammes par litre (mg / l); solides dissous totaux: phosphore (10–100 mg / l) et azote (environ 6% du niveau de DBO). La production de crème, de beurre, de fromage et de lactosérum sont les principales sources de DBO dans les eaux usées. Les équivalents de charge de déchets de constituants spécifiques du lait sont: 1 kg de matière grasse laitière = 3 kg DCO; 1 kg de lactose = 1,13 kg DCO; et 1 kg de protéines = 1,36 kg de DCO. Les eaux usées peuvent contenir des agents pathogènes provenant de matériaux contaminés ou de processus de production. Une laiterie génère souvent des odeurs et, dans certains cas, de la poussière, qu’il faut contrôler. La plupart des déchets solides peuvent être transformés en d’autres produits et sous-produits.

Industrie des pâtes et papiers

L’industrie des pâtes et papiers est l’un des plus anciens et des plus importants secteurs industriels au monde. L’importance socio-économique du papier a sa propre valeur pour le développement du pays car elle est directement liée à la croissance industrielle et économique du pays. La fabrication du papier est une industrie à forte intensité de capital, d’énergie et d’eau. C’est également un procédé hautement polluant et qui nécessite des investissements substantiels dans des équipements de dépollution.
L’usine de pâtes et papiers est un secteur industriel majeur qui utilise une énorme quantité de matières lignocellulosiques et d’eau pendant le processus de fabrication, et libère des acides lignosulfoniques chlorés, des acides résiniques chlorés, des phénols chlorés et des hydrocarbures chlorés dans l’effluent. Environ 500 composés organiques chlorés différents ont été identifiés, y compris le chloroforme, le chlorate, les acides résiniques, les hydrocarbures chlorés, les phénols, les catéchols, les gaïacols, les furanes, les dioxines, les syringols, les vanillines, etc. Ces composés sont formés à la suite de la réaction entre la lignine résiduelle du bois fibres et composés de chlore / chlore utilisés pour le blanchiment. Les composés colorés et les halogènes organiques adsorbables (AOX) rejetés par les usines de pâtes et papiers dans l’environnement posent de nombreux problèmes. La fabrication de pâte de bois et la production des produits de papier génèrent une quantité considérable de polluants caractérisés par la demande biochimique en oxygène (DBO), la demande chimique en oxygène (DCO), les solides en suspension (SS), la toxicité et la couleur lorsque des effluents non traités ou mal traités sont rejetés vers eaux réceptrices. L’effluent est toxique pour les organismes aquatiques et présente de forts effets mutagènes et une altération physiologique.

Industrie du fer et de l’acier

La production de fer à partir de ses minerais implique de puissantes réactions de réduction dans les hauts fourneaux. Les eaux de refroidissement sont inévitablement contaminées par des produits en particulier l’ammoniac et le cyanure. La production de coke à partir de charbon dans les cokeries nécessite également un refroidissement par eau et l’utilisation d’eau pour la séparation des sous-produits. La contamination des flux de déchets comprend des produits de gazéification tels que le benzène, le naphtalène, l’anthracène, le cyanure, l’ammoniac, les phénols, les crésols ainsi qu’une gamme de composés organiques plus complexes connus collectivement sous le nom d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).

La conversion du fer ou de l’acier en tôles, fils ou tiges nécessite des étapes de transformation mécanique à chaud et à froid utilisant fréquemment de l’eau comme lubrifiant et réfrigérant. Les contaminants comprennent les huiles hydrauliques, le suif et les particules solides. Le traitement final des produits en fer et en acier avant leur vente dans la fabrication comprend le décapage dans un acide minéral fort pour éliminer la rouille et préparer la surface pour le placage à l’étain ou au chrome ou pour d’autres traitements de surface tels que la galvanisation ou la peinture. Les deux acides couramment utilisés sont l’acide chlorhydrique et l’acide sulfurique. Les eaux usées comprennent les eaux de rinçage acides ainsi que les déchets acides. Bien que de nombreuses usines exploitent des usines de récupération d’acide (en particulier celles utilisant de l’acide chlorhydrique), où l’acide minéral est évaporé des sels de fer, il reste un grand volume de sulfate ferreux ou de chlorure ferreux hautement acide à éliminer. De nombreuses eaux usées de l’industrie sidérurgique sont contaminées par de l’huile hydraulique, également appelée huile soluble.

Mines et carrières

Les principales eaux usées associées aux mines et aux carrières sont les boues de particules de roche dans l’eau. Celles-ci proviennent du lavage des surfaces exposées et des routes de transport par la pluie, ainsi que des processus de lavage et de nivellement des roches. Les volumes d’eau peuvent être très élevés, en particulier les précipitations liées aux précipitations sur les grands sites. Certaines opérations de séparation spécialisées, telles que le lavage du charbon pour séparer le charbon de la roche native à l’aide de gradients de densité, peuvent produire des eaux usées contaminées par de l’hématite à fines particules et des tensioactifs. Les huiles et les huiles hydrauliques sont également des contaminants courants. Les eaux usées des mines de métaux et des usines de récupération de minerai sont inévitablement contaminées par les minéraux présents dans les formations rocheuses indigènes. Après le concassage et l’extraction des matériaux souhaitables, des matériaux indésirables peuvent être contaminés dans les eaux usées. Pour les mines de métaux, cela peut inclure des métaux indésirables tels que le zinc et d’autres matériaux tels que l’arsenic. L’extraction de métaux de grande valeur tels que l’or et l’argent peut générer des boues contenant des particules très fines dans lesquelles l’élimination physique des contaminants devient particulièrement difficile.

Industrie alimentaire

Les eaux usées générées par les opérations agricoles et alimentaires ont des caractéristiques distinctives qui les distinguent des eaux usées municipales courantes gérées par des stations d’épuration publiques ou privées à travers le monde: elles sont biodégradables et non toxiques, mais qui présentent des concentrations élevées de demande biochimique en oxygène (DBO) et en suspension. solides (SS).[1] Les constituants des eaux usées alimentaires et agricoles sont souvent complexes à prédire en raison des différences de DBO et de pH dans les effluents des légumes, des fruits et des produits carnés et en raison de la nature saisonnière de la transformation des aliments et de la post-récolte.

La transformation des aliments à partir de matières premières nécessite de grands volumes d’eau de haute qualité. Le lavage des légumes génère des eaux riches en particules et en certains composés organiques dissous. Il peut également contenir des tensioactifs.

L’abattage et la transformation des animaux produisent des déchets organiques très forts à partir de fluides corporels, tels que le sang et le contenu intestinal. Ces eaux usées sont fréquemment contaminées par des niveaux importants d’antibiotiques et d’hormones de croissance provenant des animaux et par une variété de pesticides utilisés pour lutter contre les parasites externes. Les résidus d’insecticide dans les toisons sont un problème particulier dans le traitement des eaux générées lors du traitement de la laine.

La transformation des aliments destinés à la vente produit des déchets générés par la cuisson qui sont souvent riches en matière organique végétale et peuvent également contenir du sel, des arômes, des colorants et des acides ou des alcalis. Des quantités très importantes d’huile ou de graisses peuvent également être présentes.

Industrie des produits chimiques organiques complexes

Diverses industries fabriquent ou utilisent des produits chimiques organiques complexes. Ceux-ci incluent les pesticides, les produits pharmaceutiques, les peintures et colorants, les produits pétrochimiques, les détergents, les plastiques, la pollution par le papier, etc. Les eaux usées peuvent être contaminées par des matières premières, des sous-produits, des produits sous forme soluble ou particulaire, des agents de lavage et de nettoyage , solvants et produits à valeur ajoutée tels que les plastifiants.

Industrie nucléaire

La production de déchets de l’industrie nucléaire et radio-chimique est traitée comme des déchets radioactifs.

Traitement de l’eau

Le traitement de l’eau pour la production d’eau potable est traité ailleurs. (Voir purification de l’eau.) De nombreuses industries ont besoin de traiter l’eau pour obtenir une eau de très haute qualité à des fins exigeantes. Le traitement de l’eau produit des boues organiques et minérales issues de la filtration et de la sédimentation. L’échange d’ions à l’aide de résines naturelles ou synthétiques élimine les ions calcium, magnésium et carbonate de l’eau, les remplaçant par des ions hydrogène et hydroxyle. La régénération des colonnes d’échange d’ions avec des acides et des alcalis forts produit des eaux usées riches en ions de dureté qui sont facilement précipités, en particulier lorsqu’elles sont mélangées avec d’autres eaux usées.

Traitement des eaux usées industrielles

Les différents types de contamination des eaux usées nécessitent une variété de stratégies pour éliminer la contamination.[2][3]

Élimination des solides

La plupart des solides peuvent être éliminés en utilisant des techniques de sédimentation simples avec les solides récupérés sous forme de suspension ou de boue. Les solides très fins et les solides avec des densités proches de la densité de l’eau posent des problèmes particuliers. Dans un tel cas, une filtration ou une ultrafiltration peut être nécessaire. Cependant, la floculation peut être utilisée, en utilisant des sels d’alun ou en ajoutant des polyélectrolytes.

Élimination des huiles et graisses

Un séparateur huile-eau API typique utilisé dans de nombreuses industries

De nombreuses huiles peuvent être récupérées des surfaces d’eau libre par des dispositifs d’écrémage. Considérés comme un moyen fiable et peu coûteux d’éliminer l’huile, la graisse et d’autres hydrocarbures de l’eau, les écrémeurs d’huile peuvent parfois atteindre le niveau de pureté de l’eau souhaité. À d’autres moments, l’écrémage est également une méthode rentable pour éliminer la majeure partie de l’huile avant d’utiliser des filtres à membrane et des procédés chimiques. Les skimmers empêcheront les filtres de devenir aveuglants prématurément et réduiront les coûts des produits chimiques car il y a moins d’huile à traiter.

Étant donné que l’écrémage de la graisse implique des hydrocarbures de viscosité plus élevée, les skimmers doivent être équipés de réchauffeurs suffisamment puissants pour conserver le fluide de graisse pour l’évacuation. Si la graisse flottante se forme en mottes ou tapis solides, une barre de pulvérisation, un aérateur ou un appareil mécanique peut être utilisé pour faciliter le retrait.[4]

Cependant, les huiles hydrauliques et la majorité des huiles qui se sont dégradées à quelque degré que ce soit auront également un composant soluble ou émulsifié qui nécessitera un traitement supplémentaire pour être éliminé. La dissolution ou l’émulsification de l’huile à l’aide de tensioactifs ou de solvants aggrave généralement le problème plutôt que de le résoudre, produisant des eaux usées plus difficiles à traiter.

Les eaux usées des industries à grande échelle telles que les raffineries de pétrole, les usines pétrochimiques, les usines chimiques et les usines de traitement du gaz naturel contiennent généralement des quantités brutes de pétrole et de solides en suspension. Ces industries utilisent un dispositif connu sous le nom de séparateur huile-eau API qui est conçu pour séparer l’huile et les solides en suspension de leurs effluents d’eaux usées. Le nom est dérivé du fait que de tels séparateurs sont conçus selon les normes publiées par l’American Petroleum Institute (API).[3][5]

Le séparateur API est un dispositif de séparation par gravité conçu en utilisant la loi de Stokes pour définir la vitesse de montée des gouttelettes d’huile en fonction de leur densité et de leur taille. La conception est basée sur la différence de gravité spécifique entre l’huile et les eaux usées, car cette différence est beaucoup plus petite que la différence de gravité spécifique entre les solides en suspension et l’eau. Les solides en suspension se déposent au bas du séparateur sous forme de couche de sédiments, l’huile monte au sommet du séparateur et les eaux usées nettoyées constituent la couche intermédiaire entre la couche d’huile et les solides.[3]

Typiquement, la couche d’huile est écumée puis retraité ou éliminée, et la couche de sédiments inférieure est éliminée par un racleur à chaîne et vol (ou un dispositif similaire) et une pompe à boue. La couche d’eau est envoyée à un traitement supplémentaire consistant généralement en un module d’électroflottation pour une élimination supplémentaire de toute huile résiduelle, puis à un certain type d’unité de traitement biologique pour l’élimination des composés chimiques dissous indésirables.

Un séparateur à plaques parallèles typique

Séparateurs à plaques parallèles[6] sont similaires aux séparateurs API, mais ils incluent des assemblages de plaques parallèles inclinées (également appelés packs parallèles). Les plaques parallèles offrent plus de surface pour que les gouttelettes d’huile en suspension se fondent en plus gros globules. De tels séparateurs dépendent toujours de la gravité spécifique entre l’huile en suspension et l’eau. Cependant, les plaques parallèles améliorent le degré de séparation huile-eau. Le résultat est qu’un séparateur à plaques parallèles nécessite beaucoup moins d’espace qu’un séparateur API conventionnel pour obtenir le même degré de séparation.

Élimination des matières organiques biodégradables

Les matières organiques biodégradables d’origine végétale ou animale peuvent généralement être traitées en utilisant des procédés de traitement des eaux usées conventionnels étendus tels que des boues activées ou des filtres à ruissellement.[2][3] Des problèmes peuvent survenir si les eaux usées sont excessivement diluées avec de l’eau de lavage ou sont très concentrées comme du sang pur ou du lait. La présence d’agents de nettoyage, de désinfectants, de pesticides ou d’antibiotiques peut avoir des effets néfastes sur les processus de traitement.

Processus de boues activées

Un diagramme schématique généralisé d’un processus de boues activées.

La boue activée est un processus biochimique de traitement des eaux usées et des eaux usées industrielles qui utilise de l’air (ou de l’oxygène) et des micro-organismes pour oxyder biologiquement les polluants organiques, produisant une boue résiduaire (ou floc) contenant la matière oxydée. En général, un processus de boues activées comprend:

Un réservoir d’aération où de l’air (ou de l’oxygène) est injecté et mélangé à fond dans les eaux usées.
Un décanteur (généralement appelé «clarificateur» ou «décanteur») pour permettre aux boues résiduaires de se déposer. Une partie des boues résiduaires est recyclée vers le bassin d’aération et les boues résiduelles restantes sont éliminées pour un traitement ultérieur et une élimination finale.

Processus de filtrage de ruissellement

Une coupe schématique de la face de contact du milieu de lit dans un filtre à ruissellement

Un filtre ruisselant se compose d’un lit de roches, de gravier, de laitier, de mousse de tourbe ou de plastique sur lequel les eaux usées s’écoulent vers le bas et entrent en contact avec une couche (ou un film) de boue microbienne recouvrant le lit. Les conditions aérobies sont maintenues par l’air forcé circulant à travers le lit ou par convection naturelle de l’air. Le processus implique l’adsorption de composés organiques dans les eaux usées par la couche de boue microbienne, la diffusion d’air dans la couche de vase pour fournir l’oxygène nécessaire à l’oxydation biochimique des composés organiques. Les produits finaux comprennent le gaz carbonique, l’eau et d’autres produits de l’oxydation. Au fur et à mesure que la couche visqueuse s’épaissit, il devient difficile pour l’air de pénétrer dans la couche et une couche anaérobie interne se forme.

Les composants d’un système de filtre à ruissellement complet sont: les composants fondamentaux:

  • Un lit de milieu filtrant sur lequel une couche de boue microbienne est promue et développée.
  • Une enceinte ou un conteneur qui abrite le lit de média filtrant.
  • L’invention concerne un système de distribution du flux d’eaux usées sur le média filtrant.
  • L’invention concerne un système pour éliminer et éliminer toute boue de l’effluent traité.

Le traitement des eaux usées ou autres eaux usées avec des filtres à ruissellement fait partie des technologies de traitement les plus anciennes et les mieux caractérisées.

Un filtre à ruissellement est aussi souvent appelé filtre à ruissellement, biofiltre à ruissellement, biofiltre, filtre biologique ou filtre à ruissellement biologique.

Traitement d’autres matières organiques

Les matières organiques synthétiques, y compris les solvants, les peintures, les produits pharmaceutiques, les pesticides, les produits à coke, etc., peuvent être très difficiles à traiter. Les méthodes de traitement sont souvent spécifiques au matériau traité. Les méthodes comprennent le traitement d’oxydation avancé, la distillation, l’adsorption, la vitrification, l’incinération, l’immobilisation chimique ou la mise en décharge. Certains matériaux tels que certains détergents peuvent être capables de dégradation biologique et dans de tels cas, une forme modifiée de traitement des eaux usées peut être utilisée.

Traitement des acides et alcalis

Les acides et les alcalis peuvent généralement être neutralisés dans des conditions contrôlées. La neutralisation produit fréquemment un précipité qui nécessitera un traitement comme un résidu solide qui peut également être toxique. Dans certains cas, des gaz peuvent être dégagés nécessitant un traitement pour le flux gazeux. Certaines autres formes de traitement sont généralement nécessaires après la neutralisation.

Les flux de déchets riches en ions de dureté provenant des processus de désionisation peuvent facilement perdre les ions de dureté dans une accumulation de sels de calcium et de magnésium précipités. Ce processus de précipitation peut provoquer de graves fourrures sur les tuyaux et peut, dans des cas extrêmes, provoquer le blocage des tuyaux d’évacuation. Un tuyau de rejet marin industriel de 1 mètre de diamètre desservant un important complexe chimique a été bloqué par de tels sels dans les années 1970. Le traitement se fait par concentration des eaux usées de désionisation et évacuation en décharge ou par une gestion prudente du pH des eaux usées rejetées.

Traitement des matières toxiques

Les matières toxiques dont de nombreuses matières organiques, les métaux (tels que le zinc, l’argent, le cadmium, le thallium, etc.), les acides, les alcalis, les éléments non métalliques (tels que l’arsenic ou le sélénium) sont généralement résistants aux processus biologiques à moins d’être très dilués. Les métaux peuvent souvent être précipités en modifiant le pH ou en les traitant avec d’autres produits chimiques. Beaucoup, cependant, résistent au traitement ou à l’atténuation et peuvent nécessiter une concentration suivie d’une mise en décharge ou d’un recyclage. Les matières organiques dissoutes peuvent être incinérées dans les eaux usées par des procédés d’oxydation avancés.

Références

^ Agence européenne de l’environnement. Copenhague, Danemark. « Indicateur: Demande biochimique d’oxygène dans les rivières (2001). »
^ Un b Tchobanoglous, G., Burton, F.L., et Stensel, H.D. (2003). Wastewater Engineering (Treatment Disposal Reuse) / Metcalf & Eddy, Inc. (4e éd.). Compagnie du livre McGraw-Hill. ISBN 0-07-041878-0.
^ Un bc d Beychok, Milton R. (1967). Déchets aqueux des usines pétrolières et pétrochimiques (1ère éd.). John Wiley et fils. RCAC 67019834.
^ Nouvelles de l’eau et des eaux usées, mai 2004 (http://wwn-online.com/articles/50898/)
^ American Petroleum Institute (API) (février 1990). Gestion des rejets d’eau: conception et fonctionnement des séparateurs huile-eau (1ère éd.). Institut américain du pétrole.
^ Un b Beychok, Milton R. (décembre 1971). « Traitement des eaux usées ». Traitement des hydrocarbures: 109–112. ISSN 0818-8190.

Ressources

Cet article a été créé à l’aide de matériaux provenant de Wikipédia – Cliquez ici pour lire l’article Wikipédia associé sur le traitement des eaux usées industrielles.



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