Solutions Efficaces de Traitement des Eaux Usées Industrielles

Traitement des Eaux Usées Industrielles

L'eau est utilisée dans l'industrie pour les besoins de procédé, refroidissement, génération de vapeur, suppression de poussières et bien d'autres usages. Les eaux usées industrielles sont le rejet aqueux résultant après utilisation de l'eau pour ces usages. Ce sont des substances autres que l'eau dissoutes ou en suspension dans l'eau.

Le traitement couvre les mécanismes et processus pour traiter les eaux contaminées par ces activités. Objectif : éliminer substances dissoutes et en suspension pour que l'eau traitée puisse être rejetée sans danger dans l'environnement, recyclée dans le même procédé ou utilisée dans un autre.

Constituants des Eaux Usées

Les eaux usées industrielles contiennent les constituants suivants nécessitant un traitement approprié :

• Solides en suspension – Contaminants visibles à l'œil nu, généralement filtrables sur papier filtre commun. Pas de définition stricte, mais généralement > 1–2 µm. Laissée au repos sans perturbation, ils se déposent au fond au fil du temps.
• Solides dissous – Non visibles, non éliminables par filtration. Définis comme matériaux généralement < 0,45 µm. Soit substances normalement solubles (solubilité croissante avec température), soit substances inversément solubles (dites « dureté » : sels Ca, Mg, Sr, Ba). Celles-ci deviennent moins solubles à température élevée, formant du tartre sur surfaces chaudes (tubes chaudière, échangeurs).
• Solides colloïdaux – Ni assez petits pour être dissous, ni assez gros pour être en suspension. Apparaissent comme une brume dans l'eau, particules distinctes invisibles à l'œil nu. Gamme typique : ~0,45 à ~2,0 µm. Ne se déposent pas car très affectés par leurs charges ioniques de surface. Suspension colloïdale = suspension stable.
• Couleur – Type de suspension colloïdale. Molécules organiques colorant l'eau de surface brute = macromolécules dans la gamme colloïdale inférieure. Dans l'eau, elles prennent une charge ionique de surface les stabilisant et empêchant leur décantation.
• DBO (Demande Biologique en Oxygène) et DCO (Demande Chimique en Oxygène) – DBO = oxygène consommé par bactéries lors décomposition matière organique. Niveau DBO sûr essentiel pour eau traitée de qualité. DBO trop élevé = risque contamination supplémentaire, interférence traitement, impact produit final. Facteurs contribuant DBO élevé : nitrates, phosphates, température eau. Chaque facteur affecte la vie végétale (algues) et donc les organismes décomposeurs. Meilleur traitement : environnement soutenant vie bactérienne avec population contrôlée pour éviter décomposition rapide créant DBO élevé. DCO = oxygène consommé par décomposition matière organique et oxydation matière inorganique/chimiques. DCO utilisé pour eaux usées industrielles.

Technologies de Traitement des Eaux Usées

Les technologies sont généralement divisées en quatre catégories : (i) chimiques, (ii) physiques, (iii) biologiques, (iv) membranaires.

Technologies Chimiques

• Neutralisation – Ajustement alcalinité/acidité à pH neutre 7.
• Précipitation – Ajout de chimiques pour changer composition chimique des polluants afin que le nouveau composé se dépose pendant sédimentation. Employée pour élimination métaux lourds (précipités comme hydroxides). Prétraitement nécessaire pour éliminer substances interférant avec précipitation métaux lourds.
• Coagulation – Utilisation de chimiques pour agglomérer polluants et les faire décanter. Clarification eaux usées contenant solides colloïdaux et en suspension. Silice ou polyélectrolyte aident formation matériau à décantation rapide. Eaux contenant huiles émulsionnées clarifiables par coagulation. Très efficace pour réduction couleur, moins pour réduction DCO.
• Adsorption – Utilisation d'un chimique faisant adhérer certains polluants à sa surface pour élimination ultérieure. Charbon actif ou surfaces actives synthétiques.
• Échange d'ions – Élimination anions/cations indésirables. Cations échangés contre H⁺ ou Na⁺, anions contre OH⁻. Résines : réseau organique/inorganique avec groupes fonctionnels. La plupart résines synthétiques par polymérisation composés organiques.

Technologies Physiques

• Tamisage (Screening) – Élimination solides grossiers par dispositif de tamisage.
• Clarification et sédimentation – Procédé courant et essentiel. Clarificateurs = bassins/cuves retenant eaux usées pour laisser décanter solides/matériaux en suspension.
• Flottation – Bulles air/gaz injectées dans eaux usées. Font remonter particules polluantes à surface pour élimination. Employée pour séparation huiles. Huile libre flottée en surface puis écrémée.
• Stripping à l'air (Air stripping) – Élimination composés organiques volatils et semi-volatils par flux d'air.

Technologies Biologiques

Traitement plus naturel que les autres méthodes. Microorganismes se nourrissent des matières complexes dans les eaux usées et les transforment en substances plus simples, préparant l'eau pour traitement ultérieur. Objectif principal : réduire niveau DBO.

• Boues activées aérées (Air Activated Sludge) – Procédé aérobie : bactéries consomment matière organique, azote, oxygène, croissent. Bactéries maintenues en suspension dans bassin aération par mélange action air soufflé.
• Boues activées haute pureté (High Purity Activated Sludge) – Similaire mais oxygène pur injecté au lieu d'air.
• Bassin/lagoon aéré (Aerated Pond/Lagoon) – Similaire mais aérateurs mécaniques injectent air ou causent agitation violente eau/air pour transférer O₂.
• Filtre ruisselant (Trickling Filter) – Procédé aérobie à film fixe. Cuve avec support à haut rapport surface/volume. Eaux usées déversées au sommet, ruissellent (percolent) le long du support. Bactéries croissent sur support utilisant matière organique et azote. Figure 1 : filtre ruisselant typique.
• Procédés biologiques rotatifs (Rotating Biological Contactor) – Film fixe similaire filtre ruisselant mais support horizontal traversant la cuve. Support (bactéries) rotates continuellement : alternativement dans eau usée et air.
• Fossé d'oxydation (Oxidation Ditch) – Similaire boues activées. Physiquement : anneau équipé dispositifs aération mécaniques.

Technologies Membranaires

De plus en plus importantes. Permettent d'éliminer particules, colloïdes, macromolécules, pour désinfecter eaux usées. Classées selon gamme de taille des espèces séparées.

• Osmose inverse (Reverse Osmosis) – Sépare sels dissous et petits organiques.
• Nanofiltration – Déminalisation sélective de l'eau ou concentration solutions organiques. Séparation antibiotiques.
• Ultrafiltration – Sépare émulsions, colloïdes, macromolécules, protéines.
• Microfiltration – Sépare petites particules, gros colloïdes, cellules microbiennes.