Table des matieres

Les procédés de carbone activé sont d’excellentes méthodes pour éliminer les matières organiques qui ne sont pas biodégradables, la couleur, le goût, l’odeur et les matières organiques réfractaires des eaux d’égouts. Ces procédés sont parfois, bien que rarement, utilisés pour le traitement des eaux résiduaires domestiques. Ils sont généralement utilisés pour traiter les eaux usées des industries de mise en boites de conserve, les usines de textile, les raffineries de pétrole et les industries métallurgiques et de la tôle. Pour les procédé GAC, la plupart des matières solides en suspension et des matières organiques biodégradables devraient avoir été éliminées auparavant pour que la capacité d’adsorption du carbone activé ne soit pas gâchée sur des constituants qui peuvent être éliminés par d’autres procédés.

Deux facteurs font qu’il est difficile de fournir des critères de conception pour les procédés de carbone activé :

• Il y a une grande variété de qualité de carbone activé. Chaque type de carbone activé possède une capacité d’adsorption différente.

• Les substances chimiques qui doivent être adsorbée, ou les adsorbés, ont chacune des corrélations différentes avec le carbone activé. Ces exigences doivent être déterminées par des tests d’essai.

Le tableau suivant résume les critères de conception typiques pour les systèmes d’adsorption à colonnes GAC.

Les procédé d’adsorption du carbone peuvent atteindre des taux d’élimination allant jusqu’à 99% ; les taux typiques d’élimination se rangent entre 90 et 95 %.

Lorsque le carbone activé atteint sa capacité d’adsorption, il doit être régénéré ou remplacé. C’est l’aspect le plus cher des procédés d’adsorption du carbone activé. Les colonnes GAC sont économiques si elles sont utilisées d’une façon continue. Cependant, si elles sont uniquement utilisées pendant quelques mois de l’année, il est préférable d’utiliser les procédés PACT parce qu’il n’y a pas de coût d’investissement pour installer un procédé PACT lorsqu’un procédé é boue activée est déjà en place. Les procédés PACT ne sont pas aussi économiques s’ils sont utilisés en continu à cause de l’excédant de boue qui s’accumule. En outre, parce que le carbone utilisé est mélangé à la boue, il est plus difficile de le régénéré.

Les colonnes GAC produisent du carbone activé avec une capacité d’adsorption épuisée. Les procédés PACT produisent aussi du carbone activé épuisé. Cependant dans ces procédés, le carbone épuisé est mélangé avec des matières solides biologiques en provenance des procédés de boue activée.

En plus de l’entretien mécanique de routine des pompes, des conduites et des procédés de boue activée (pour les systèmes PACT), les systèmes d’adsorption nécessitent du carbone frais régulièrement. Si il n’y a que peu de carbone qui soit épuisé, il peut être plus économique de remplacer le carbone épuisé avec du carbone frais ; lorsque une quantité importante de carbone est épuisée, il est plus économique de le régénéré sur site. La régénération du carbone activé épuisé en provenance de colonnes s’accomplit habituellement dans des foyers de fourneaux à des températures variant entre 650 et 1000º C. La régénération du carbone activé épuisé en provenance des systèmes PACT est un procédé plus complexe, appelé l’oxydation à l’air mouillé. Des températures approchant 450º C, avec une pression de 40 atmosphères sont nécessaires.

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

American Water Works Association 1990; Eckenfelder, W.W. 1989; Weber, W.J. Jr., 1972.

Les procédés de déminéralisation éliminent les constituants dissous ou ioniques des eaux résiduaires. Deux procédés importants de déminéralisation sont l’échange ionique (ion exchange) et membrane de séparation ( membrane separation).

Les procédés d’échange ionique éliminent les ions des eaux d’égouts lorsque celles-ci s’écoulent à travers une résine synthétique et poreuse. Une résine cationique échangera un ion positif, tel qu’un ion de sodium ou d’hydrogène, pour un ion positif se trouvant dans les eaux d’égouts. Les résines anioniques échangent les ions négatifs dans les eaux d’égouts avec des ions hydroxydes. Le flux des déchets est passé dans les résines jusqu’à ce que tous les sites disponibles d’échange soient épuisés (ce que l’on appelle la «percée»). Lorsque les résines sont épuisées, on peut alors régénérer les résines cationiques en les submergeant dans une solution acide et les résines anioniques peuvent être régénérées en étant submergées dans une solution caustique. Une fois la régénération terminée, la résine est rincée à l’eau et est alors prête à être utilisée.

Les procédés des membranes de séparation agissent comme des filtres. Des membranes semi-perméables permettent à l’eau ou aux solvants de traverser tout en retenant les ions, les métaux ou d’autres molécules trop grandes pour passer à travers les pores des membranes du côté du flux ascendant. Une pression différentielle est créée aux extrémités en aval et en amont de la membrane, ce qui force les eaux usées à traverser la membrane. La solution concentrée qui s’accumule en aval de la membrane est évacuée et peut être d’une concentration de 100 000 mg/ l. Le matériel le plus fréquemment utilisé pour la membrane est l’acétate de cellulose. Un des procédés à membrane courant s’appelle l’osmose inversée (RO ; reverse osmosis).

Les procédés d’échange ionique peuvent être utilisés pour éliminer les constituants ioniques des eaux d’égouts. Ils sont le plus souvent utilisé pour le traitement des eaux résiduaires des industries métallurgiques et de la tôle. Dans l’industrie de la tôle, un des avantages du procédé d’échange ionique est la récupération du chrome des flux d’eaux d’égouts.

Les processus des membranes de séparation peuvent être utiliser comme une étape finale dans le traitement des eaux résiduaires qui contiennent des ions non voulus, des colloïdes et des émulsions huileuses. Pour minimiser l’engorgement de la membrane, ou son encrassement, des procédés de traitement préliminaire devraient éliminer les matières en suspension, les bactéries et tous les ions qui peuvent être précipités. Ceci augmentera, en outre, le temps de vie de la membrane.
CRITERES DE CONCEPTION

Echange ionique

• La profondeur minimale du lit devrait être de 600 à 750 mm.

• Le taux d’écoulement du traitement peut être de 16 à 40 m³/ heure par mètre cube de résine.

• Le taux d’écoulement du régénérant est typiquement de 8 à 16 m³/heure par mètre cube de résine.

• Les volumes d’eau de rinçage sont de 4 à 14 m³ par mètre cube de résine.

Membrane de séparation

Les critères de conception typiques pour la membrane de séparation sont résumés dans le tableau suivant :

Les taux d’élimination par l’échange ionique varient entre 85 et 99,99%. Les taux typiques d’élimination varient entre 95 et 99,99%.

Les taux typiques d’élimination des membranes de séparation sont résumés dans le tableau suivant :

Les régénérants utilisés dans les procédés d’échange ionique doivent être évacués avec précaution. Cela peut revenir très cher si une grande quantité d’effluent est traitée. Les autres désavantages sont que la qualité des effluents est très variable, le procédé ne peut pas être utilisé avec des eaux usées qui ont des concentrations élevées de solides dissous et lorsque les résines sont épuisées, la «percée» se produit rapidement.

Les processus des membranes de séparation produisent une élimination de très haute qualité mais les coûts de fonctionnement sont très élevés. Les différences de pression à travers la membranes sont presque de quarante fois la pression atmosphérique. En outre, les membranes, tout au long de leur utilisation, ont eu des problèmes d’engorgement. Elles devraient uniquement utilisées avec des effluents d’eaux d’égouts qui sont déjà de très bonne qualité.

RESIDUS PRODUITS

Les procédés d’échange ionique produisent des solutions de régénération épuisées qui contiennent des ions provenant des flux d’eaux d’égouts.

Les processus des membranes de séparation produisent des saumures très condensées, avec des concentrations allant jusqu’à 100 000 mg/ l de solides dissous.

FONCTIONNEMENT ET ENTRETIEN

Il est nécessaire que le personnel qui opèrent les procédés d’échange ionique ait une bonne compréhension du procédé. Les processus des membranes de séparation exigent des nettoyages fréquents et des récurages. De plus, les coûts d’exploitation sont très élevés pour les procédés de membrane. Le maintien d’une pression différentielle de 40 atmosphères à travers la membrane coûte cher.

American Water Works Association 1990; Eckenfelder, W.W. 1989; Weber, W.J. Jr., 1972.

L’oxydation chimique est un processus pour transformer les contaminants réduits inorganiques et organiques, qui résistent aux traitement biologiques conventionnels, en des substances qui ne soient pas dangereuses ou moins toxiques, qui soient plus stables, moins mobiles ou inertes. L’oxydation chimique peut convertir les composants inorganiques en un état d’oxydation stable qui permette la précipitation ou l’évacuation dans un système d’égouts municipaux ou dans une eau réceptrice, en limitant substantiellement les impacts. L’oxydation chimique des composants organiques les transforme en dioxyde de carbone, en eau et en oxydes de nitrogène ou en des produits organiques plus simples pouvant subir des traitements biologiques conventionnels.

L’oxydation chimique a été utilisée pour oxyder des composants organiques, y compris les composants halogénés volatiles (TCE, DCE, PCE, TCA, MeCL), les composants halogénés semi-volatiles (alcools, cétones, aldéhydes, acétate, hydrazine, éthers nitrés), les composants non halogénés semi-volatiles (phénol, amines quaternaires), les PCB, les pesticides, les dioxydes/furans et les cyanures organiques. L’oxydation chimique est aussi efficace pour les composants inorganiques (métaux volatiles, métaux non volatiles, cyanures inorganiques et les sylphides). L’oxydation chimique a été utilisée pour détruire les métaux composés pour permettre la précipitation chimique des métaux toxiques. La chloruration alcaline est fréquemment la technologie la plus appropriée pour la destruction du cyanure. La technologie de l’oxydation chimique a été utilisée pour traiter les eaux d’égouts industrielles de l’industrie pétrochimique, des formulateurs chimiques, des industries de formulation de la peinture et de l’encre, des industries de teinture et de finition du textile, des industries de revêtement et de finition métalliques et de l’industrie chimique agricole.

Les agents oxydants les plus fréquemment utilisés pour l’oxydation chimique sont : l’ozone, le peroxyde d’hydrogène, l’hypochlorite de sodium, le chlore, et le dioxyde de chlore. La lumière ultraviolette (UV) et les sulfates ferreux et ferriques ont été utilisés comme des catalyseurs pour accroître les taux et l’efficacité des procédés d’oxydation chimique. Les réactions de l’oxydation catalysée sont souvent 10 à 1000 fois plus rapides et plus efficaces. La sélection de l’oxydant, le dosage et le pH, le besoin de réaction catalyse et le temps de réaction dépendent tous de la matrice, de la concentration, du contaminant spécifique et de la concentration et du type des contaminants interférants. Des critères spécifiques de conception sont habituellement élaborés à partir de tests et de bancs d’essai.

La demie vie de l’ozone est de 20 à 30 minutes à une température de 20º C et doit donc être produit à pied d’œuvre.

Le rendement et l’efficacité dépendent du contaminant et du système spécifique d’oxydation utilisés et de la présence de substances interférantes ou conflictuelles.

Le coût des produits chimiques oxydants est le désavantage majeur de cette technologie. La formation de composants intermédiaires toxiques ou potentiellement dangereux, à cause d’une oxydation incomplète, est parfois à prendre en considération (par exemple: les trihalométhanes, les époxydes et les nitrosoaminés). La formation de produits dérivés toxiques ou dangereux est le plus souvent associée aux oxydants à base d’halogènes.

Le processus d’oxydation est relativement non sélectif ; par conséquent, toutes les substances organiques et inorganiques réduites qui sont dans l’eau peuvent interférer aven l’oxydation des contaminant(s) visés. Cette interférence peut habituellement être surmontée en augmentant le dosage des produits chimiques oxydants, mais cela augmente en même temps les coûts d’exploitation.

Les huiles et les graisses devraient être minimisées pour optimaliser l’efficacité du procédé.

La demie vie de l’ozone est de 20 à 30 minutes à une température de 20º C et par conséquent doit être produit sur place. Bien qu’ainsi les problèmes de stockage et de manipulation qui sont associés aux autres oxydants soient éliminés, les systèmes à base d’ozone ont généralement un coût d’investissement plus élevé que les systèmes qui utilisent du peroxyde ou du chlore, à cause du prix du générateur d’ozone et du système de récupération/ traitement de ce gaz.

Les procédés d’oxydation catalysée de Fenton (peroxyde d’ozone ou d’hydrogène catalysé par des ions ferreux ou ferriques) produisent de la boue d’oxyde ferrique qui doit généralement être éliminée des eaux d’égouts après la réaction d’oxydation.

Les systèmes d’oxydation qui emploient la lumière UV pour catalyser la réaction d’oxydation consomme plus d’électricité et les lampes UV sont sujettes à l’entartrage et à l’enrobage, ce qui réduit l’efficacité du catalyseur. Les réactions catalysées UV ne sont pas aussi efficaces dans les eaux d’égouts bourbeuses.

Cette technologie, lorsqu’elle est appliquée dans un système de traitement continu, n’est pas très appropriée pour les flux de déchets dont les caractéristiques et les concentrations varient amplement, à moins que les flux soient régularisés pour minimiser les variations des eaux usées qui entrent dans le réacteur.

Des systèmes de surveillance des procédures sont souvent nécessaires pour contrôles le pH, le taux d’écoulement, la température, les contaminants pouvant poser des problèmes et les résidus de la concentration de l’oxydant.

RESIDUS PRODUITS

Des oxydes de métaux peuvent être produits comme des sous-produits de la réaction d’oxydation. La sédimentation on le filtrage peuvent être nécessaires avant le recyclage ou l’évacuation de l’eau. L’oxydation chimique qui utilise des catalyseurs ferriques ou ferreux peut produire des volumes importants de boue, en fonction de la quantité de catalyseur utilisé. Les autres résidus peuvent inclure des produits partiellement oxydés lorsque l’oxydation est incomplète. Dans de tels cas, un traitement supplémentaire peut être nécessaire (biologique, adsorption du carbone activé, etc.).

Une quantité insuffisante de produits chimiques d’oxydation, l’inhibition des réactions d’oxydation due à un pH trop faible ou trop élevé, la puissance des produits chimiques d’oxydation, la présence de composants interférants qui consument les produits chimiques, ainsi qu’un mélange ou des temps de contact entre l’oxydant et le contaminant visé qui ne soient pas appropriés, peuvent être la cause d’une oxydation incomplète.

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

Patterson 1985; EPA 1991b.

L’épaississement de la boue comprend des procédés pour éliminer l’eau de la boue des stations d’épuration dans le but de réduire les coûts des procédés de traitement subséquents ou d’évacuer la boue sous la forme d’un liquide concentré. Parmi les procédés typiques d’épaississement de la boue, se trouvent les méthodes suivantes :

• Epaississement par gravité

• Epaississement par lagunage

• Epaississement par courroie de gravité

• Epaississement centrifuge

L’épaississement par gravité alimente des bassins en béton ou en acier avec la boue liquide. Ces bassins sont habituellement de forme cylindrique et sont alimentés radialement. Les effluents des bassins sont écoulés sur un déversoir fixe pour être renvoyés au départ du processus de traitement liquide. La boue épaissie est pompée du fond du bassin et est transférée vers un procédé subséquent, tel que le procédé de digestion, ou dans un véhicule pour être évacuée sous sa forme liquide. L’épaississement par gravité est souvent d’une meilleure efficacité lorsque la boue a subi une sédimentation primaire ou primaire et secondaire que lorsqu’elle a uniquement subi une sédimentation secondaire.

L’épaississement par lagunage est un épaississement par gravité dans un bassin en terre. La boue diluée est épuisée des écoulements liquides et est pompée ou drainée par gravité dans un bassin en terre. La pellicule surnageante (surface des eaux) est éliminée par des barrages ou des écluses et est renvoyée au procédé de traitement liquide. La boue épaissie est évacuée du fond de la lagune par des pompes foulantes ou des dragues suceuses.

L’épaississement centrifuge est le procédé d’épaississement de la boue ayant la plus forte capacité d’épaississement pour une empreinte de procédé donné. Dans ce processus, la boue est pompée dans une cuve centrifuge solide ayant une rotation allant jusqu’à 3000 tours par minute pour produire une accélération allant jusqu’à 2000 fois l’accélération gravitationnelle normale.

Le procédé d’aéro flottation dissoute (DAF ; Dissolved Air Flotation) a, dans le passé, été utilisé pour l’épaississement de la boue mais a, aujourd’hui, été presque complètement remplacé par les procédés GBT et centrifuge lorsqu’un procédé d’épaississement compact est requis.
APPLICATIONS

L’épaississement par lagunage peut être utilisé dans de nombreuses situations pour des communautés à fable ou moyenne densité de population dans la Région des Caraïbes, grâce à sa simplicité et économie. L’épaississement par gravité ne nécessite pas autant de surface de terrain que l’épaississent par lagunage mais exige que plus d’attention soit donnée au fonctionnement et nécessite plus de matériel d’entretien. Les procédés d’épaississement GBT et centrifuge sont adaptés aux communautés ayant une forte densité de population et à l’utilisation industrielle..

Les critères de conception typiques pour l’épaississement de la boue sont résumés dans le tableau suivant :