Procédés de traitement des eaux usées industrielles

Les eaux usées industrielles contiennent les pollutions les plus diverses. Il peut s'agir par exemple de métaux lourds provenant d'une entreprise de transformation des métaux, de graisses et d'huiles issues d'un nettoyage de pièces ou de résidus de médicaments provenant de l'industrie pharmaceutique - les eaux usées sont aussi diverses que les processus eux-mêmes. Il existe sur le marché de nombreux procédés différents pour le traitement des eaux usées industrielles - tous avec des forces et des faiblesses spécifiques. Voici un aperçu des méthodes les plus courantes sur le marché.

Types de traitement des eaux usées industrielles

En général, le traitement des eaux usées industrielles est divisé en deux types différents. Dans l'un des cas, les substances problématiques sont éliminées de l'eau, par exemple au moyen de filtres/membranes ou par évaporation des eaux usées industrielles. Dans l'autre procédé, des substances sont ajoutées de manière ciblée afin d'améliorer la qualité. C'est ce qui se passe par exemple lors de l'épuration chimique, qui utilise de l'acide ou de la lessive pour réguler le pH ou des sels pour améliorer la conductivité.

Méthodes de traitement des eaux usées industrielles

Il existe 4 méthodes différentes dans le traitement des eaux usées:

• Parmi les méthodes physiques, on compte l'épuration des eaux usées par évaporation, par exemple lors de la distillation sous vide.
  
  
• Les procédés biologiques ne sont que rarement utilisés dans l'industrie - le plus souvent en combinaison avec d'autres procédés. Ce type de traitement est principalement utilisé pour le traitement des eaux usées urbaines dans les stations d'épuration - des bactéries y assurent l'épuration des eaux usées.
  
  
• Les procédés chimiques fonctionnent grâce à l'utilisation de produits chimiques pour améliorer les eaux usées. Il s'agit par exemple de la neutralisation en continu ou de la floculation et de la précipitation avec séparation des boues.
  
  
• Le procédé à membrane fait appel à des filtres qui retiennent les impuretés. Il existe par exemple des filtres à bande pour les grosses impuretés ou encore l'ultrafiltration pour les plus petites particules de saleté.

Les procédés de traitement des eaux usées les plus fréquemment utilisés dans l'industrie sont les installations à séparation physico-chimique, les installations à membrane et les systèmes de distillation sous vide.

Quel procédé de traitement des eaux usées convient à quel type d'eaux usées ?

Dans certains cas, il n'existe qu'une seule méthode optimale pour l'eau de process à traiter, qui peut être déterminée par la quantité produite et le degré de pollution de l'eau. Si la charge polluante est presque exclusivement de nature inorganique, les procédés de filtration sur membrane peuvent être exclus, car ils sont trop coûteux. La distillation sous vide ne convient pas si l'eau de traitement contient du latex, du vernis, de la peinture ou des protéines. L'illustration suivante montre qu'il existe un vaste domaine dans lequel tous les procédés mentionnés sont applicables. Dans ce domaine, il convient d'évaluer soigneusement les procédés les uns par rapport aux autres.

Dans le domaine "charge polluante relativement faible jusqu'à environ 7 pour cent et volume d'eaux usées jusqu'à 30.000 mètres cubes/an", les trois procédés de traitement des eaux usées se recoupent. Il s'agit ici d'évaluer les technologies selon les critères les plus importants afin de trouver le système de traitement des eaux usées optimal pour soi. 

Pourquoi est-il important de traiter les eaux usées dans sa propre entreprise ?

Pourquoi traiter vos eaux usées dans votre propre entreprise plutôt que de les éliminer purement et simplement ou de les faire traiter par les stations d'épuration publiques ?

Le traitement de l'eau est un processus complexe et coûteux. Dans l'intérêt de l'environnement, il est important d'envoyer un volume d'eaux usées aussi faible que possible dans les stations d'épuration. De plus, les valeurs limites fixées par la loi et les réglementations sur les eaux usées déterminent si les eaux usées peuvent être déversées dans les réseaux publics. Une installation de distillation sous vide comme le VACUDEST permet non seulement de respecter les valeurs limites pour le rejet, mais aussi de réduire drastiquement le volume d'élimination de vos eaux usées, ce qui permet d'économiser une grande partie des coûts liés à l'élimination.

Pour comprendre pourquoi il faut viser un faible volume, non seulement du point de vue des coûts mais aussi de l'environnement, il est important de savoir ce qu'il advient des eaux usées une fois qu'elles ont quitté votre entreprise.

Description des trois étapes du traitement des eaux usées

Le traitement des eaux usées s'effectue généralement en trois étapes. Le processus consiste d'abord à filtrer les substances grossières de l'eau, puis à utiliser des méthodes de plus en plus fines pour que l'eau gagne en pureté à chaque étape. Les étapes sont donc appelées primaire, secondaire et tertiaire. Dans certains cas, une étape supplémentaire est également nécessaire après la troisième, mais elle n'est pas décrite ici. À chaque étape, différents polluants sont éliminés de l'eau.

Première étape

Au cours de la première étape, l'eau est maintenue immobile dans un bassin. Cela a pour effet que les matières solides se déposent au fond du bassin sous l'effet de la gravité, tandis que les matières solides plus légères que l'eau s'accumulent à la surface. Après un certain temps, ces matières se déposent.

Des dispositifs mécaniques font en sorte que l'eau toujours polluée entre les solides puisse être évacuée du bassin vers un autre bassin pour la deuxième étape de nettoyage. Souvent, les solides sont également retirés afin d'extraire davantage d'eau.

Deuxième étape

Au cours de la deuxième étape, les composants biologiques de l'eau sont dégradés par des processus aérobies. D'un point de vue chimique, ces processus sont des oxydations qui ont besoin d'oxygène. L'oxydation réduit massivement la teneur biologique de l'eau. La deuxième étape du traitement des eaux usées permet à l'eau traitée de retourner dans la nature, car grâce à elle, les polluants biologiques éventuellement présents ne restent plus dans l'eau dans une concentration nocive.

Différentes techniques sont utilisées en fonction des polluants présents dans l'eau :

1. Filtre biologique
   
   Pour s'assurer que toutes les matières solides sont éliminées de l'eau, différentes techniques sont utilisées, comme les réacteurs à lit fluidisé, les filtres à gravier ou les filtres de contact. Les filtres de contact utilisent des produits chimiques de précipitation tels que le sulfate d'aluminium ou de fer pour éliminer les phosphates de l'eau. Dans le cas de l'épuration par un réacteur à lit fluidisé, l'eau est pulvérisée sur un matériau solide tel que le laitier de lave. Les bactéries qui vivent sur les scories de lave dégradent les composants biodégradables de l'eau.
   
   
2. Apport d'air
   
   Un processus d'aération peut dépasser la durée d'une journée entière, c'est donc un processus très long. L'aération augmente la saturation en oxygène de l'eau. Cela permet d'éliminer le dioxyde de carbone, le méthane ou encore le sulfure d'hydrogène de l'eau. Les bactéries aérobies consomment également de l'oxygène lors de la décomposition des matières organiques.
   
   
3. Oxydation avancée / Advanced Oxidation Process
   
   À l'aide d'ozone ou de peroxyde d'hydrogène (parfois en combinant ces procédés avec une irradiation supplémentaire par la lumière UV), les substances difficilement biodégradables, comme par exemple les pesticides, les médicaments ou les biocides, sont éliminées de l'eau. Les polluants sont alors transformés en substances non organiques stables telles que l'eau, le dioxyde de carbone ou le sel.

Troisième étape

Au cours de cette troisième étape du traitement des eaux usées, on s'assure que la qualité de l'eau est suffisamment élevée pour pouvoir être réintroduite dans l'industrie et les applications domestiques. La troisième étape du traitement des eaux usées comprend généralement une ou plusieurs des étapes suivantes :

1. Filtration
   
   Ici, la qualité de l'eau est améliorée en la faisant passer à travers un lit de sable ou de charbon actif. Les particules présentes dans l'eau adhèrent alors au média filtrant. 
   
   
2. Lagunage 
   
   L'eau est stockée dans des bassins artificiels. L'eau est améliorée et purifiée par des plantes et des invertébrés naturels, qui absorbent par exemple les poussières fines. 
   
   
3. Dégradation des nutriments 
   
   Le phosphore et l'azote présents dans l'eau sont des nutriments qui entraînent une croissance excessive d'algues, susceptible de déséquilibrer un écosystème. Dans ce processus, les nutriments doivent être transformés par des bactéries en substances qui peuvent ensuite être éliminées. 
   
   
4. Désinfection 
   
   Dans la désinfection, une certaine quantité de chlore est ajoutée à l'eau afin de tuer les micro-organismes et les agents pathogènes. L'ajout de chlore est une forme populaire de désinfection en raison de la simplicité du processus. Cependant, le chlore est un produit chimique toxique qui entraîne également des coûts d'exploitation. C'est pourquoi on utilise également le rayonnement UV pour désinfecter l'eau des virus et des bactéries. Cette variante est respectueuse de l'environnement, mais elle entraîne des coûts énergétiques plus élevés.

Les critères les plus importants dans le traitement des eaux usées industrielles dans sa propre entreprise

Pour une comparaison du traitement des eaux usées dans sa propre entreprise considérée dans sa globalité, il convient tout d'abord de définir les critères.

• Qualité : le critère le plus important est la qualité de l'eau traitée. Les exigences de qualité constituent la base de l'examen de tous les critères suivants.
  
  
• Coûts : les coûts sont bien entendu déterminants pour prendre une bonne décision économique. Outre les coûts d'investissement, il convient également de considérer les coûts d'exploitation. À quoi sert un prix bas si les coûts d'exploitation élevés absorbent rapidement cet avantage ?
  
  
• Flexibilité : la flexibilité du procédé est d'une grande importance. Comment le système de traitement réagit-il lorsque le degré de pollution de l'eau à traiter varie, ou même lorsque sa composition change complètement en peu de temps ?
  
  
• Fiabilité : à quel point l'utilisation de l'installation est-elle compliquée ? Dans quelle mesure l'opérateur peut-il s'aider lui-même en cas de panne ?
  
  
• Durabilité : de nombreuses entreprises veillent aujourd'hui à gérer leurs activités de manière durable et à préserver les ressources. Les normes environnementales strictes qu'elles s'imposent vont souvent au-delà des limites imposées par les autorités. Cela implique bien entendu une utilisation respectueuse des précieuses ressources en eau douce.

Procédés de filtration et procédés physico-chimiques dans le traitement des eaux usées industrielles

Avec les concepts de traitement tels que les procédés membranaires ou les procédés physico-chimiques, il est plus économique de traiter les eaux usées juste assez pour qu'elles puissent être rejetées. Ainsi, les pollutions résiduelles se retrouvent dans les réseaux publics. Dans la production, on utilise alors de l'eau de ville traitée, car les coûts de processus sont ici inférieurs à ceux d'un traitement plus poussé des eaux usées déjà épurées. Sur les deux points de la qualité et de la durabilité, ces deux systèmes ne font pas aussi bien.

L'achat d'une installation physico-chimique est relativement bon marché. Cependant, les coûts des consommables sont élevés. Parallèlement, l'utilisation avec la manipulation des produits chimiques les plus divers, notamment en présence d'une large palette de composants dans l'eau sale, nécessite beaucoup de personnel et s'avère difficile. Cette technologie présente des faiblesses en cas de changement de la composition de l'eau de traitement. Le cas échéant, l'ensemble du processus devrait être adapté aux nouvelles conditions. En ce qui concerne la séparation sûre des métaux lourds, cette technologie présente certains risques. Par exemple, les composés de métaux lourds complexés peuvent être difficiles à séparer.

Les installations à membrane ont des valeurs de consommation modérées, mais les quantités de résidus à éliminer et donc les coûts d'élimination restants sont élevés. Le processus de nettoyage des installations à membrane doit être lancé manuellement et les résultats doivent être surveillés. Des changements dans le processus peuvent provoquer un blocage de la membrane, ce qui peut nécessiter le remplacement des modules membranaires. Comme pour les procédés physico-chimiques, les métaux lourds complexés peuvent également ne pas être séparés de manière fiable et entraîner un dépassement des valeurs limites.

La comparaison des coûts d'exploitation des 3 procédés montre clairement que la technologie de distillation sous vide amortit le prix d'investissement plus élevé après environ 2 ans déjà, grâce à des coûts d'exploitation plus faibles. 

Procédé de distillation sous vide dans le traitement des eaux usées industrielles

Si l'entreprise doit se passer d'eaux usées ou si les processus de production nécessitent des eaux de rinçage très pures, la distillation sous vide s'impose. La qualité du distillat est si élevée qu'il n'y a pas ou peu d'étapes de traitement ultérieur. Les distillats obtenus sont pratiquement exempts d'huile et de métaux lourds. Ce n'est que lorsque des exigences de qualité extrêmement élevées sont imposées à l'eau de processus qu'un traitement ultérieur dans des échangeurs d'ions est nécessaire. Sinon, l'eau peut être réutilisée dans la propre production : cela permet d'économiser de l'eau neuve et aucune pollution résiduelle n'est rejetée dans l'environnement.

Si l'on considère les coûts d'investissement et d'exploitation des installations de distillation sous vide dans la plage 100 - 30.000 m³/an pour des charges polluantes inférieures à 8 pour cent, les avantages économiques de la technologie de distillation sous vide apparaissent également. Certes, les coûts d'investissement sont plus élevés que pour d'autres procédés, mais les coûts d'exploitation sont imbattables, car le système fonctionne de manière 100 % automatique.

La distillation sous vide est également une référence en termes de flexibilité et de sécurité. Les systèmes modernes s'adaptent automatiquement aux fluctuations de la qualité de l'eau de traitement. Des adaptations minimes permettent de traiter demain des eaux de processus galvaniques dans un système qui était en fait conçu pour traiter des émulsions de réfrigérant lubrifiant usées.

Qu'est-ce que la distillation sous vide ?

La distillation sous vide expliquée simplement : les eaux usées industrielles sont évaporées, les impuretés restent, la vapeur qui monte est exempte d'impuretés. Le condensat, également appelé distillat, peut être réutilisé dans la production. Ainsi, 100 % d'eaux usées produisent environ 98 % d'eau propre et seulement 2 % de résidus qui peuvent être éliminés à moindre coût. Ce principe physique est également appelé séparation des substances en fonction des différences de point d'ébullition.

Ce mode de fonctionnement de la distillation sous vide permet également d'économiser de l'énergie, car sous vide, l'eau s'évapore déjà à 80 degrés Celsius au lieu de 100 degrés Celsius. Grâce à l'utilisation d'échangeurs de chaleur et à la réutilisation de la chaleur d'évaporation dans le système, la mise en place d'une distillation sous vide ne consomme que peu d'électricité.