Table des matieres

Les séparateurs à gravité et les écumoires fournissent une séparation des huiles et des eaux qui est d’un bon rapport qualité/ prix pour tous les types d’eaux résiduaires huileuses, telles que les eaux usées produites par les raffineries de pétrole, les usines pétrochimiques, les usines de mise en boites de conserves, les abattoirs et de nombreuses autres industries.

• Le bassin devrait fournir un temps de détention assez long pour permettre aux huiles et eaux de se séparer.

• La turbulence devrait être minimisée parce qu’elle encourage l’émulsion des huiles (séparation en de petites gouttes), ce qui réduit l’efficacité de l’écumage.

EFFICACITE DE RENDEMENT

Le paramètre primordial de conception pour les séparateurs à gravité est le temps de détention hydraulique qui est calculé comme étant le volume du bassin divisé par le débit des flux qui y sont déversés. Le temps de détention approprié pour un rendement optimal dépend de la densité des huiles dans le flux déversé. En général, plus long est le temps de détention, plus le pourcentage d’élimination est élevé, comme le montre le tableau ci-dessous. Cependant, des temps de détention excessifs dans les séparateurs huiles- eaux devraient être évités car ils peuvent permettre à certaines gouttes d’huiles de s’hydrater ou de s’émulsionner, les rendant difficiles à éliminer.

Le volume d’huile écumée dépend des flux déversés et du pourcentage d’huiles éliminées. Souvent, l’huile peut être réutilisée ou recyclée.

Il n’y a pas de contraintes d’entretien si ce n’est la lubrification et le nettoyage régulier des pièces mécaniques.

KCM n’a pas connaissance d’installations spécifiques dans la Région des Caraïbes.

Benedek, A. 1992; Beychok, M.R. 1967; Borup, M.B. et al. 1987; Bryant, J.S. et al. 1991; Chigusa, K. et al. 1996; Copeland, E.C. et al. 1991; Engelder, C.L. et al. 1993; Galil, N. 1990; Hobson, T. 1996; Jones, H.R. 1973; Mitchell, D.B. et al. 1994; Park, T.J. et al. 1996; Rhee, C.H. 1988; Viraraghavan, T. et al. 1994; Wong, J.M. 1995.

La coagulation est un procédé chimique/physique qui élimine les colloïdes (particules avec des diamètres de 0,1 à 1,0 nanomètres) et les autres matières en suspension qui ne se déposent pas avec des procédés physiques conventionnels. Des composants, appelés des coagulants, sont ajoutés aux eaux usées et des courants électriques incitent les coagulants et les colloïdes à s’amalgamer ou à s’unir et à devenir des matières en suspension plus grandes et plus lourdes. Les particules amalgamées se déposent ou se précipitent alors rapidement et sont évacuées des eaux d’égouts.

La précipitation est l’adjonction de calcaire ou d’un corrosif aux eaux d’égouts pour que l’élimination des métaux puisse être intensifiée. Le principe est d’ajouter assez de chaux ou de substance corrosive dans les flux d’eaux résiduaires pour que le pH de la solution de ces eaux soit au minimum de la solubilité des métaux, ce qui favorise leur précipitation (formation d’une matière solide) comme des hydrates ou autres composés. Après la précipitation, les métaux sont éliminés par sédimentation ou filtrage.

APPLICATIONS

La coagulation a de nombreuses applications pour le traitement des eaux résiduaires, particulièrement pour les eaux résiduaires industrielles. La coagulation élimine les matières en suspension très petites, y compris les colloïdes, les ions métalliques, le fer, les phosphates, les matières organiques en suspension et les petites gouttes d’huile. Ce procédé est aussi utilisé pour le contrôle du pH. Les industries de carton, les raffineries de pétrole et les usines de caoutchouc, de peintures et de textiles, ainsi que certaines industries de boites de conserve utilisent la coagulation comme procédé de traitement des eaux d’égouts. La précipitation est utilisée pour éliminer les métaux des flux d’eaux résiduaires.

Des critères de conception adéquats de coagulation/précipitation sont déterminés par les produits qui doivent être éliminées. Des coagulants différents pour des polluants différents sont nécessaires. Le tableau suivant présente les doses typiques pour des coagulants communs.

• Précipitation de sulfure pour éliminer l’arsenic

• Précipitation de Sulfate pour éliminer le baryum

• Précipitation d’alun pour éliminer le mercure

Le tableau suivant résume l’efficacité de rendement des coagulants courants et l’origine d’eaux d’égouts.

Bien que la plupart des coagulants ne coûtent pas chers, les coûts peuvent être importants pour un approvisionnement continu, particulièrement dans certaines parties de la Région des Caraïbes. La quantité de boue produite, qui comprend les matières solides éliminées des flux de déchets ainsi que les coagulants qui furent ajoutés, constitue un autre désavantage. Si des métaux ou des substances toxiques sont coagulés ou précipités, la boue doit alors être évacuée avec précautions et ne peut pas être réutilisée.

Un volume important de boue est produit. La quantité dépend de la quantité de coagulant ajoutée, de la quantité de précipitation formée et de la quantité de matières solides éliminées.

Les contraintes de fonctionnement et d’entretien des procédés de coagulation et de précipitation sont plusieurs fois supérieures à celles des bassins ordinaires de sédimentation et s’ajoutent aux coûts des additifs.

KCM n’a pas connaissance d’installations spécifiques dans la Région des Caraïbes.

Eckenfelder, W.W. 1989; Water Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992.

Les procédés de dégazage à l’air éliminent les matières volatiles organiques ou chimiques. Les constituants volatiles entrent en contact avec l’air qui s’infiltre par bulles dans les flux d’eaux résiduaires. Ils se diffusent alors sous une forme gazeuse et sont éliminés des eaux d’égouts lorsque les bulles d’air éclatent. Ce phénomène se produit naturellement dans les procédés biologiques aérés et est planifié pour se produire plus rapidement dans les affineurs d’airs des tours d’empaquetage. L’air qui est passé dans les flux d’eaux résiduaires (air d’échappement) est alors passé dans un filtre à air si la concentration des constituants est trop forte pour permettre l’émission directe dans l’atmosphère. Il est sinon évacué dans l’atmosphère.

L’utilisation principale des procédés de dégazage à l’air est l’élimination des composants volatiles organiques (VOC ; volatile organic compounds), tels que ceux produits par les industries pétrochimiques. Ils peuvent aussi être utilisés pour l’élimination de l’ammoniaque.

Des critères de conception détaillés se trouvent dans les manuels sur le traitement des eaux usées de l’industrie pétrochimique. Les critères suivants sont des critères généraux qui amélioreront l’élimination des VOC par les procédés de dégazage à l’air.

• Le taux d’élimination augmente lorsque le flux d’air augmente.

• Le taux d’élimination augmente lorsque les températures de l’air et des eaux augmentent.

• Le taux d’élimination augmente lorsque l’aire d’interface air/eau augmente.

• Les composants avec une «constante d’Henry» élevée (une constante qui décrit la solubilité d’un gaz dans l’eau) sont éliminés plus rapidement que ceux qui ont une faible constante d’Henry.

L’efficacité de rendement dépend de la solubilité des constituants, des dimensions de la tour d’empaquetage et de la température.

Si les concentrations des constituants dans le gaz d’échappement sont élevées ou si les gaz d’échappement ont une odeur ou sont toxiques, ils devraient être envoyés dans un filtre à air. Ceci augmente considérablement les coûts de fonctionnement. Un autre désavantage consiste dans le fait que des pompes supplémentaires ou des ventilateurs peuvent être nécessaires au fonctionnement d’un filtre à air.

Le dégazage à l’air produit un gaz contenant des VOC. Le volume du gaz d’échappement est composé par la quantité de gaz qui passe dans les colonnes d’expulsion. La concentration dépend des conditions de fonctionnement.

Les contraintes de fonctionnement et d’entretien pour le dégazage à l’air sont l’entretien régulier des pompes qui envoient l’air et l’eau dans les colonnes d’empaquetage et, dans le cas où un filtre à gaz est utilisé, l’entretien additionnel qui lui est associé. Le seul entretien qui soit nécessaire pour les colonnes est un nettoyage occasionnel du filtre médian.

KCM n’a pas connaissance d’installations spécifiques dans la Région des Caraïbes.

Eckenfelder, W.W. 1989; U.S. EPA 1980; Water Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992.

Les procédés de traitement biologique utilisent des micro-organismes pour éliminer les DOB solubles ou en suspension et les DOC (COD; Chemical Oxygen Demand) des eaux d’égouts. Certains de ces micro-organismes fonctionnent dans des conditions aérobies (présence d’oxygène libre) et d’autres fonctionnent dans des conditions anaérobies (absence d’oxygène libre). Les procédés de traitement aérobies sont les mêmes que ceux décrits dans la Feuille descriptive # D4— Lagunage et lagunes de décantation et dans la Feuille descriptive # D10— Traitement secondaire. Le lagunage, la boue activée, les contacteurs biologiques à rotation et les filtres à percolation sont des procédés de traitement aérobie des eaux d’égouts industrielles. Cette feuille descriptive fait référence aux Feuilles descriptives # D4 et # D10 pour certaines informations.

Les procédés de traitement anaérobies suivants sont considérablement utilisés pour le traitement des eaux usés industrielles :

• Le filtre anaérobie peut fonctionner avec un type de flux ascendant ou descendant, lorsque flux ascendant ou descendant décrit la direction des flux d’eaux d’égouts à travers le filtre. Les organismes anaérobies se multiplient sur le filtre et détériorent la matière organique des eaux d’égouts lorsqu’elles passent à travers le filtre. La filtration physique aide à éliminer ou à minimiser l’élimination des matières solides dans les traitements subséquents.

• Le réacteur à lit fluidifié est un filtre qui fonctionne avec un type de flux ascendant. L’équipement de filtrage est le sable et la vélocité du flux qui passe à travers le filtre doit être assez élevée pour dilater l’espace entre les particules de sable, en remplissant complètement le réacteur.

• Les réacteurs à couverture de boue à flux ascendant anaérobie (UASB ; Upflow anaerobic sludge blanket) sont devenus plus populaires durant ces dix dernières années, particulièrement en Amérique Latine. Les eaux d’égouts s’écoulent au fond du réacteur où un flux ascendant les fait traverser une couverture de granules formés d’une façon biologique, procurant ainsi le traitement. Les procédés UASB ne nécessitent qu’un temps de détention hydraulique relativement court, comparés aux autres procédés de traitement anaérobies.

Les procédés de traitement aérobie sont utilisés pour le traitement secondaire des eaux d’égouts domestiques. Ils sont aussi utilisés pour l’élimination des DOB et DOC des eaux d’égouts industrielles. Cependant, pour les applications industrielles, les procédés aérobies peuvent servir de procédés de finition et faire suite aux procédés anaérobies. Les eaux d’égouts industrielles ont parfois de très fortes concentrations de DOB et leur traitement aérobie reviendrait très cher.

Les procédés de traitement anaérobie sont bien appropriés au traitement des eaux d’égouts industrielles avec des quantités importantes de DOB et de DOC. Les procédés anaérobies exigent typiquement des temps de détention plus longs, mais ont de nombreux avantages sur les procédés de traitement aérobie dans les applications industrielles :

• Les eaux d’égouts industrielles peuvent avoir des taux de DOC atteignant 100 000 mg/ l. Des procédés de traitement aérobie nécessiteraient une très grande capacité de traitement pour traiter de tels taux (Les procédés anaérobies ne sont pas aérés).

• Les procédés de traitement anaérobie produisent de un quart à un tiers de la boue produite par les procédés de traitement aérobie. Les procédés anaérobies produisent une quantité importante de gaz méthane. Dans des réacteurs moyens ou grands, il est plus économique de capturer et de recycler le méthane pour produire de l’énergie.

CRITERES DE CONCEPTION

Les procédés aérobies

Les critères de conception pour les procédés de traitement aérobie peuvent être consultés dans la Feuille descriptive # D4 — Lagunage et lagunes de décantation et dans la Feuille descriptive # D10 — Traitement secondaire.

Les critères de conception pour les procédés anaérobies sont résumés dans le tableau suivant :

L’efficacité de rendement des procédés aérobies se trouve dans la Feuille descriptive # D4 — Lagunage et lagunes de décantation et dans la Feuille descriptive # D10 — Traitement secondaire.

L’efficacité de rendement des procédés anaérobies varie entre 40 et 90 %. Les taux typiques d’efficacité sont de 60 à 80 %.

DESAVANTAGES

Les désavantages des procédés de traitement aérobie peuvent être consultés dans la Feuille descriptive # D4 — Lagunage et lagunes de décantation et dans la Feuille descriptive # D10 — Traitement secondaire.

Les procédés de traitement anaérobie ne produisent pas des effluents de bonne qualité à moins qu’ils soient suivis par un traitement aérobie comme procédé de finition. Les systèmes anaérobies nécessitent aussi de grandes aires de terrains et ont de longs teps de mise en marche ; il faut deux ou trois mois pour qu’un procédé anaérobie fonctionne efficacement. Ceci pose un problème aux industries saisonnières, telles que certaines usines de mise en boites de conserve ou des industries laitières.

RESIDUS PRODUITS

Les systèmes aérobies et anaérobies produisent de la boue. Le volume produit dépend de la composition des eaux d’égouts et du degré de traitement. Une bonne méthode de calcul approximatif pour la production de la boue est que les procédés aérobies produisent environ de 0,6 à 1,2 kg de boue par kg de DOB évacué ; les procédés anaérobies produisent de ¼ à ¹/₃ de ces taux. En outre, les procédés anaérobies produisent environ 5 pieds cubiques de méthane par livre de DOC évacuée.

Les contraintes de fonctionnement et d’entretien pour les procédés anaérobies sont très semblables à celles des procédés de traitement secondaire. Un entretien de routine pour des conduites et des pompes est nécessaire. La différence principale est que les procédés anaérobies ne sont pas aérés, ce qui est le coût primordial des procédés de traitement aérés. Le niveau de qualification du personnel d’exploitation des procédés anaérobies n’est pas aussi élevé que celui pour une usine typique à boue activée. Des qualifications sont cependant nécessaires.

KCM n’a pas connaissance d’installations spécifiques dans la Région des Caraïbes.

Alaerts, S. et al. 1993; Boopathy, R. et al. 1991; Borzacconi, L. et al. 1995; Capobianco, D.J. et al. 1990; Carter, J.L. et al. 1992; Chigusa, K. et al. 1996; Copeland, E.C. et al. 1991; Eckenfelder, W.W. 1989; Filho, B.C. et al. 1996; Galil, N. et al. 1990; Gavala, H.N. et al. 1996; Martinez, J. et al. 1995; Park, T.J. et al. 1996; Polprasert, C. et al. 1996; Sendic, M. 1995; Tyagi, R.D. et al. 1993; Viraraghavan, T. et al. 1994; Yue-Gen Y. et al. 1996; Zhang, R. et al. 1996.

Les principaux procédés d’élimination des matières solides en suspension sont la coagulation, la sédimentation, et la filtration physique. Ces procédés peuvent être utilisés pour l’élimination des matières solides en suspension de toutes les eaux résiduaires. Des informations sur les procédés d’élimination des matières solides se trouvent dans la Feuille descriptive # D7— Filtres à sable, la Feuille descriptive # D9 —Traitement primaire, et la Feuille descriptive # 12—Coagulation/Précipitation.

L’adsorption est un procédé physique et chimique dans lequel des molécules dissous (molécules ou composants présents dans une solution) se rassemblent sur une surface solide qui s’appelle l’adsorbant. Le précipité formé par certains coagulants, tels que l’hydroxyde d’aluminium et l’hydroxyde ferrique, adsorbent certaines molécules qui produisent les couleurs et les précurseurs de trihalométhane. Le carbone activé est cependant l’adsorbant le plus courant. Les carbones activés sont produits par des combinaisons de bois, de lignins, de charbon, de lignite et de résidus de pétrole.

Le carbone activé est utilisé de deux façons. L’une est de faire passer les eaux usées dans une colonne remplie de matières poreuses de carbone activé, appelées le carbone activé granulaire (GAC ; Granular Activated Carbon). Lorsque les flux de déchets s’écoulent à travers la colonne, les polluants s’adsorbent sur la surface de carbone. Une fois que le carbone activé a atteint sa capacité d’adsorption, il n’y a pas de changement net dans la concentration de polluants des eaux d’égouts quand elles s’écoulent à travers les matières de carbone activé. C’est ce qu’on appelle «la percée» (breakthrough).

La seconde méthode consiste à ajouter du carbone activé en poudre (PACT ; Powdered Activated Carbon) à un procédé de traitement à boue activée. Le PACT adsorbent les polluants et se déposent ensuite hors du flux dans un clarificateur secondaire.