Traitement des eaux usées industrielles

Traitement des eaux usées industrielles

L'eau est utilisée dans l'industrie pour les besoins des processus, pour le refroidissement, pour la génération de vapeur, pour la suppression de la poussière et de nombreuses autres utilisations. Les eaux usées industrielles sont les rejets aqueux qui résultent de l'utilisation de l'eau aux fins ci-dessus. Les eaux usées industrielles sont le résultat de substances autres que l'eau ayant été dissoutes ou en suspension dans l'eau.

Le traitement des eaux usées industrielles couvre les mécanismes et processus utilisés pour traiter les eaux qui ont été contaminées d'une manière ou d'une autre en raison de l'utilisation de l'eau dans les activités ci-dessus. L'objectif du traitement est d'éliminer les substances dissoutes et en suspension des eaux usées afin que l'eau traitée puisse être rejetée en toute sécurité dans l'environnement ou puisse être recyclée dans le même processus ou puisse être utilisée dans un processus différent.

Constituants des eaux usées

Les eaux usées industrielles contiennent les composants suivants qui nécessitent un traitement approprié.

• Solides en suspension :ce sont les contaminants qui sont visibles à l'œil nu et qui peuvent généralement être filtrés hors de l'eau à l'aide d'un papier filtre commun. Bien qu'il n'y ait pas de définition dure et rapide, les solides en suspension ont tendance à avoir une taille supérieure à 1 à 2 microns. Si l'eau est laissée reposer sans la déranger, les solides en suspension se déposeront au fond du récipient au fil du temps.
• Solides dissous :il s'agit de contaminants qui ne sont pas visibles à l'œil nu et qui ne peuvent pas être éliminés de l'eau par filtration. Les solides dissous sont définis comme les matériaux dont la taille est généralement inférieure à 0,45 micron. Les solides dissous sont soit des substances normalement solubles, soit des substances inversement solubles. Les substances normalement solubles sont les matières qui deviennent plus solubles avec l'augmentation de la température. Les substances inversement solubles sont normalement appelées ions de « dureté » et se limitent généralement aux sels de calcium, de magnésium, de strontium et de baryum dans le traitement de l'eau. Ces matériaux deviennent moins solubles à mesure que les températures augmentent. Ces matériaux forment du tartre sur les surfaces chaudes des tubes de la chaudière ou de l'échangeur de chaleur.
• Solides colloïdaux - Ce sont des solides qui ne sont pas assez petits pour être considérés comme dissous mais pas assez gros pour être considérés comme des solides en suspension. Généralement, les matériaux colloïdaux apparaîtront sous forme de brume dans l'eau et il ne sera pas possible de voir des particules distinctes à l'œil nu. Les matériaux colloïdaux se situent généralement dans la plage de taille de ~ 0,45 à ~ 2,0 microns. Les solides colloïdaux ne se déposent pas de l'eau car ils sont si petits qu'ils sont fortement affectés par leurs charges de surface ioniques. Une suspension colloïdale dans l'eau est dite une suspension stable.
• Couleur - C'est un type de suspension colloïdale. Les molécules organiques qui contribuent à la couleur de l'eau de surface brute sont simplement des macromolécules qui appartiennent à la plus petite plage de taille colloïdale. Dans l'eau, ces macromolécules prennent une charge de surface ionique qui les stabilise et elles ne peuvent pas se déposer.
• Demande biologique en oxygène (DBO) et demande chimique en oxygène (DCO) :la DBO est une mesure de la quantité d'oxygène consommée par les bactéries lors de la décomposition de la matière organique. Avoir un niveau de DBO sûr dans les eaux usées est essentiel pour produire des eaux usées de qualité. Si le niveau de DBO est trop élevé, l'eau risque d'être davantage contaminée, interférant avec le processus de traitement et affectant le produit final. Plusieurs facteurs peuvent contribuer à des niveaux élevés de DBO, tels que les nitrates et les phosphates présents dans les eaux usées, la température de l'eau et autres. Chaque facteur affecte la vie végétale dans l'eau, comme les algues, et à son tour a également un effet sur les organismes qui aident à décomposer les contaminants de l'eau dans le processus de traitement des eaux usées. Le traitement des eaux usées de la meilleure qualité se produira dans un environnement qui soutient la vie de ces bactéries tout en maintenant une population contrôlée de celles-ci afin de ne pas encourager la décomposition bactérienne rapide, ce qui créerait des niveaux de DBO plus élevés. Semblable à BOD est COD. La DCO mesure la quantité d'oxygène consommée par l'eau dans les processus de décomposition et d'oxydation, en particulier la décomposition de la matière organique et l'oxydation de la matière inorganique ou des produits chimiques. COD est une application généralement utilisée pour les eaux usées industrielles.

Technologies de traitement des eaux usées

Les technologies de traitement des eaux usées industrielles sont généralement divisées en quatre catégories, à savoir (i) les technologies chimiques, (ii) les technologies physiques, (iii) les technologies biologiques et (iv) les technologies membranaires.

Technologies chimiques - Les principales technologies chimiques pour les eaux usées industrielles sont les suivantes.

• Neutralisation - C'est l'ajustement de l'alcalinité et de l'acidité des eaux usées à une valeur neutre avec un pH de 7.
• Précipitations :les précipitations sont l'ajout de produits chimiques aux eaux usées pour modifier la composition chimique des polluants afin que le composé nouvellement formé se dépose pendant la sédimentation. La précipitation est généralement utilisée pour éliminer les métaux lourds des eaux usées qui sont normalement précipités sous forme d'hydroxydes. Cependant, il est nécessaire de prétraiter les eaux usées pour éliminer les substances qui interfèrent avec la précipitation des métaux lourds.
• Coagulation - Il s'agit de l'utilisation de produits chimiques pour provoquer l'agglomération des polluants et leur dépôt ultérieur lors de la sédimentation. La coagulation est utilisée pour la clarification des eaux usées contenant des solides colloïdaux et en suspension. La silice ou le polyélectrolyte aide à la formation d'un matériau à décantation rapide. Les déchets contenant des huiles émulsionnées peuvent être clarifiés par un processus de coagulation. Le processus est très efficace pour la réduction de la couleur des eaux usées, mais moins efficace pour la réduction de la DCO (demande d'oxydation chimique).
• Adsorption - L'adsorption est l'utilisation d'un produit chimique qui fait adhérer certains polluants à la surface de ce produit chimique pour une élimination ultérieure. Du charbon actif ou des surfaces actives synthétiques sont utilisés pour l'adsorption.
• Échange d'ions - Le processus d'échange d'ions est normalement utilisé pour éliminer les anions et cations indésirables des eaux usées. Les cations sont échangés contre l'hydrogène ou le sodium et les anions contre les ions hydroxyle. Les résines échangeuses d'ions consistent en une structure de réseau organique ou inorganique avec des groupes fonctionnels attachés. La plupart des résines échangeuses d'ions utilisées dans le traitement des eaux usées sont des résines synthétiques issues de la polymérisation de composés organiques.

Technologies physiques - Les principales technologies physiques pour les eaux usées industrielles sont les suivantes.

• Dégrillage :il s'agit de l'élimination des solides grossiers des eaux usées à l'aide d'un dispositif de filtrage.
• Clarification et sédimentation – La clarification et la sédimentation des eaux usées sont un processus courant et essentiel dans les usines de traitement des eaux usées industrielles. Les clarificateurs consistent en des réservoirs ou des bassins qui retiennent les eaux usées pendant un certain temps, permettant aux solides ou autres matériaux en suspension dans l'eau de se déposer au fond.
• Flottation - La flottation est réalisée à l'aide de petites bulles d'air/gaz injectées dans les eaux usées. Les bulles d'air/de gaz font remonter à la surface les particules polluantes présentes dans les eaux usées pour être ensuite éliminées. Le processus de flottation est généralement utilisé pour la séparation de l'huile. L'huile libre flotte à la surface du réservoir, puis écrémée.
• Décapage à l'air :il s'agit de l'élimination des composés organiques volatils et semi-volatils des eaux usées par l'utilisation d'un flux d'air.

Technologies biologiques – Le traitement biologique est un processus de traitement des eaux usées plus naturel que les autres méthodes de traitement des eaux usées. Les micro-organismes se nourrissent des matériaux complexes présents dans les eaux usées et les transforment en substances plus simples, préparant l'eau pour un traitement ultérieur. L'objectif principal des technologies biologiques est de réduire le niveau de DBO. Les principales technologies biologiques pour les eaux usées industrielles sont les suivantes.

• Procédé de boues activées par l'air - Il s'agit d'un processus aérobie dans lequel les bactéries consomment la matière organique, l'azote et l'oxygène des eaux usées et développent de nouvelles bactéries. Les bactéries sont mises en suspension dans le bassin d'aération par l'action de brassage de l'air insufflé dans les eaux usées.
• Procédé de boues activées de haute pureté - Il s'agit d'un processus aérobie similaire au processus de boues activées à l'air, sauf qu'à la place de l'air, de l'oxygène pur est injecté dans les eaux usées.
• Procédé d'étang/lagune aéré - Il s'agit d'un processus aérobie similaire au processus de boues activées par l'air. Dans ce processus, des aérateurs mécaniques sont utilisés soit pour injecter de l'air dans les eaux usées, soit pour provoquer une agitation violente des eaux usées et de l'air afin de transférer de l'oxygène aux eaux usées.
• Procédé de filtre percolateur - Il s'agit d'un processus aérobie à film fixe dans lequel un réservoir contenant un média avec un rapport surface/volume élevé est utilisé. Les eaux usées sont évacuées en haut du réservoir et ruissellent (percolent) dans le média. Les bactéries se développent sur le support en utilisant la matière organique et l'azote des eaux usées. Un processus typique de filtre à ruissellement est illustré à la figure 1.
• Processus biologique rotatif - Il s'agit d'un processus aérobie à film fixe similaire au processus de filtre à ruissellement, sauf que le média est supporté horizontalement à travers le réservoir des eaux usées. Le milieu sur lequel les bactéries se développent est continuellement mis en rotation de sorte qu'il se trouve alternativement dans les eaux usées et dans l'air.
• Procédé de fossé d'oxydation - Ce processus est similaire au processus de boues activées. Physiquement, un fossé d'oxygène a la forme d'un anneau et est équipé de dispositifs d'aération mécaniques.

Fig 1 Processus typique de filtre bactérien

Technologies membranaires – Dans le traitement des eaux usées industrielles, les technologies membranaires prennent de plus en plus d'importance. Grâce à ces technologies, il est possible d'éliminer les particules, les colloïdes et les macromolécules, afin que les eaux usées puissent être désinfectées. Les technologies membranaires sont généralement classées en fonction de la gamme de tailles des espèces séparées.

Les principales technologies membranaires pour les eaux usées industrielles sont les suivantes.

• Osmose inverse :le processus d'osmose inverse est utilisé pour séparer les sels dissous et les petites matières organiques.
• Nanofiltration - Ce processus est utilisé pour la déminéralisation sélective de l'eau ou la concentration de solutions organiques. Le processus est utilisé pour la séparation des antibiotiques.
• Ultra filtration :le processus est utilisé pour séparer les émulsions, les colloïdes, les macromolécules ou les protéines.
• Microfiltration :le processus est utilisé pour séparer les petites particules, les gros colloïdes et les cellules microbiennes.






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