Hypothèses utilisées pour l’élaboration des organigrammes décisionnels

Les hypothèses suivantes furent utilisées dans l’élaboration des organigrammes décisionnels pour les procédés de traitement des eaux d’égouts:

• Un effort rationnel devrait être entrepris pour réduire la totalité des eaux d’égouts produites. Le traitement est moins cher lorsqu’il y a moins d’eaux d’égouts produites.

• Pour les communautés rurales avec de petits revenus, l’élimination des substances nutritives et les traitements plus perfectionnés ne sont pas réalisables, économiquement ou socialement. De nombreux procédés à faible technologie, tels que les systèmes de marais ou de lagunage, peuvent être efficaces pour éliminer le nitrogène sans nécessiter d’opération sophistiquée. Cependant, ces procédés ne sont pas efficaces pour éliminer le phosphore.

• Dans de nombreuses communautés de la Région des Caraïbes, des technologies utilisant les sols, bon marché et ne nécessitant que peu d’entretien sont appropriées (systèmes naturels). La plupart des technologies fournissent d’excellents traitements, mais certains n’éliminent pas les substances nutritives. Si les effluents sont évacués dans une baie, un lac ou un cours d’eau, l’eutrophication peut poser des problèmes et des procédés d’élimination des substances nutritives devraient être envisagés.

• Dans les zones urbanisées qui ont des contrôles de gestion efficaces et possèdent une main d’œuvre qualifiée, les technologies conventionnelles et utilisant beaucoup d’énergie peuvent être appropriées car les terrains sont trop chers pour pouvoir utiliser des systèmes naturels. La technologie la plus appropriée à un problème spécifique dépend, dans ce cas, des exigences des eaux réceptrices.

• Pour l’évacuation dans des zones qui ne sont pas sensibles, telle que l’évacuation en haute mer par de longues canalisations, le traitement primaire ou le système de lagunage peut faire face aux exigences de l’évacuation dans les eaux réceptrices et il n’est pas nécessaire d’avoir un traitement supplémentaire. Si l’évacuation se fait dans un estuaire ou une rivière, qui sont sensibles à l’épuisement de l’oxygène dissous, il est alors nécessaire d’avoir, au minimum, un traitement secondaire. Si les effluents sont évacués dans un environnement sensible à la présence de substances nutritives, tel que les récifs coralliens, les estuaires ou les lacs, il est alors nécessaire d’éliminer ces substances pour éviter la destruction de la communauté de coraux ou l’eutrophication du lac.

• Les technologies conventionnelles de traitement mécanique ne fournissent pas nécessairement un meilleur traitement que les systèmes de traitement naturels tels que les lagunes, les marais ou les filtres à sable. Lorsque les traitements naturels semblent plus efficaces et que des terrains sont disponibles, ils sont toujours recommandés par rapport aux systèmes mécaniques parce qu’ils sont simples à utiliser et ne demandent pas d’entretien.

Les organigrammes décisionnels devraient être utilisés comme des guides lors de la sélection de technologies appropriées au traitement des eaux d’égouts domestiques des communautés dans la Région des Caraïbes. Cependant des besoins ou des circonstances inhabituelles dans telle communauté peuvent rendre appropriée l’utilisation de technologies qui n’auraient pas été indiquées par l’organigramme décisionnel. Lorsque des circonstances spéciales se présentent, les responsables doivent utiliser leur bon jugement pour identifier et sélectionner les technologies appropriées à une communauté spécifique.

Les questions répertoriées dans l’organigramme décisionnel, telles que «y a-t-il des terrains bon marché ? » ou « le prix de l’énergie en défend il sa forte consommation ? » doivent être utilisées d’une façon relative. D’autres options doivent être comparées pour choisir la technologie appropriée à chaque communauté. Pour telle communauté, une alternative utilisant les sols, telle que les systèmes de lagunage naturel ou de marais, pourrait être initialement comparée à une technologie traditionnelle, soit un traitement secondaire soit un traitement primaire avec des canalisations sous-marines, en fonction des exigences des eaux réceptrices. L’utilisation de technologie consommant beaucoup d’énergie dépend de prix local de l’énergie et du prix relatif des autres alternatives. C’est uniquement une fois que les tarifs régionaux et les différentes alternatives ont été comparés que l’on peut finalement répondre aux questions pertinentes de l’organigramme décisionnel. De cette façon, les différentes alternatives peuvent être passer en revue pour isoler l’alternative unique qui sera la meilleure pour la communauté en question.

Le volume quotidien, les types et les concentrations de polluants des déversements des égouts domestiques secs dans les structures municipales de traitement sont relativement réguliers. Les concentrations de DOB et de matières solides en suspension varient entre 150 et 400 mg/l et il y a rarement de concentrations excessives de substances chimiques toxiques. Pour cette raison, les structures municipales de traitement sont conçues pour traiter les eaux résiduaires domestiques dont la teneur en polluants est limitée. La composition des différents types d’eaux résiduaires industrielles est beaucoup plus large.

Les eaux d’égouts industrielles sont les liquides résiduaires produits par des industries telles que les raffineries de pétrole, les usines d’opérations métallurgiques, les tanneries, les structures médicales, les usines de mise en bouteilles, les distilleries et les sucreries. Le volume, les types et les concentrations de polluants des eaux d’égouts varient considérablement. Les polluants peuvent être extrêmement complexes et contiennent souvent plus de substances chimiques et toxiques dangereuses que les polluants des eaux domestiques. L’ampleur du champ de la composition des polluants des eaux d’égouts industrielles, de surcroît avec le nombre de procédés disponibles et la combinaison de ces procédés interdisent une description simple et succincte de tous les procédés de traitement utilisés pour leur traitement. Même les industries similaires produisent des eaux d’égouts d’une composition très différente, en fonction du procédé de production utilisé

La méthodologie présentée ici se concentre sur l’élimination des polluants qui sont considérés être les contaminants principaux dans la Région des Caraïbes ; l’envergure de cette étude ne permet pas de prendre en considération tous les polluants importants et les méthodes pour les éliminer. L’absence dans ce rapport de l’analyse de tel polluant industriel ne signifie pas que l’élimination de ce polluant peut ne pas être considérée lors de la sélection des technologies de traitement. Les étapes suivantes devraient être suivies avant de commencer le processus d’identification des technologies appropriées aux flux de déchets industriels.

• Une analyse complète des caractéristiques des flux de déchets doit être faite. Il est crucial d’identifier avec précision la composition des polluants des eaux d’égouts car elle est unique pour chaque usine ou industrie.

• Les dispositions nécessaires devraient être prises pour réprimer les fuites.

• Tous les efforts devraient être faits pour minimiser la production des déchets. Cela entraîne l’expérimentation, l’altération et le réglage optimum des procédés de production. Cela revient souvent moins cher de réduire la production des déchets que de les traiter. Les eaux d’égouts devraient être réutilisées au sein de l’usine lorsque le coût de l’opération le permet. De nombreuses usines et raffineries de pétrole peuvent recycler leurs eaux d’égouts pour le refroidissement ou pour le nettoyage des locaux mais les effluents doivent alors être de très haute qualité.

• Il faut déterminer où les eaux d’égouts traitées seront évacuées et le degré de traitement nécessaire pour éviter toutes influences négatives sur la population ou l’environnement. Si elles sont évacuées dans le milieu environnant, les eaux d’égouts doivent être traitées pour aboutir à un degré de pureté élevé. Ceci n’est souvent pas économique. C’est bien sur exigé lorsqu’il n’y a pas d’installation municipale pour recevoir les eaux d’égouts. Quant les eaux d’égouts sont évacuées dans une structure municipale, le traitement préliminaire est nécessaire car ces structures sont conçues pour traiter les déchets qui ont une composition limitée de polluants. Les eaux industrielles d’égouts faisant rarement partie de cette catégorie, leur déversement sans prétraitement pourrait endommager les méthodes municipales de traitement. Par conséquent, l’objectif des méthodes de traitement des déchets industriels n’est pas toujours de produire des effluents de haute qualité, mais de rendre les eaux d’égouts susceptibles d’être traitées par les structures municipales.

• L’identification des méthodes adéquates de traitement, en utilisant l’organigramme décisionnel décrit ci-dessous, devrait prendre place après l’analyse de la composition des eaux d’égouts et une fois que le degré de traitement nécessaire a été déterminé.

• Une fois que le procédé de traitement approprié a été identifié, des tests d’essai ou à petite échelle devraient être faits pour établir son efficacité sur les déchets qui doivent être traités. Il est crucial de continuer à contrôler les effluents pour établir l’efficacité de la méthode de traitement. Après un réglage minutieux du procédé, la technologie de traitement sélectionnée devrait être utilisée pour la totalité du flux d’effluents.

L’illustration 6-3 présente un organigramme décisionnel simplifié pour sélectionner une technologie appropriée au traitement des eaux d’égouts industrielles. L’organigramme génère une liste de technologies pouvant être utilisées en tant que meilleures technologies disponibles. L’organigramme décisionnel pour la traitement des eaux d’égouts industrielles identifie les procédés qui éliminent les polluants spécifiques que les industries typiques de la Région des Caraïbes produisent. Il est nécessaire de connaître les polluants présents dans le flux des déchets. Sélectionner une technologie appropriée à partir de l’organigramme décisionnel requiert une analyse en profondeur des composants des eaux résiduaires et du degré de traitement nécessaire avant leur déversement dans les systèmes d’égouts municipaux. Les feuilles descriptives dans l’appendice de ce rapport décrivent les technologies et énumèrent les références pour une analyse plus détaillée. Les principaux polluants que les procédés de traitement préliminaire industriels doivent éliminer avant le déversement dans les égouts publics sont les huiles, les métaux, les matériaux organiques volatiles et réfractaires, les matières solides dissoutes et en suspension et les concentrations de DOB. Seuls, les procédés les plus courants de traitement des déchets industriels communs dans la Région des Caraïbes sont inclus dans l’organigramme décisionnel. Prière de se rapporter au paragraphe ci-dessous «autres procédés » pour l’étude de certains procédés qui ont été omis.

Parmi toutes les industries de la Région des Caraïbes, les raffineries de pétrole déversent les taux de DOB les plus élevés dans les eaux de mer. D’autres industries, telles que les abattoirs et les conserveries, produisent de grandes quantités d’huile et de graisses. Non seulement les huiles génèrent un taux élevé de DOB dans les eaux réceptrices, elles sont aussi toxiques pour la vie aquatique, bouchent les tamis et les filtres et réduisent l’efficacité des systèmes de boue activée dans les processus de traitements municipaux subséquent. Les dispositifs de séparation huile/eau sont très efficaces pour les eaux huileuses mais pas pour les huiles émulsionnées. Celles-ci, et particulièrement les graisses, peuvent s’accumuler dans les égouts et les canalisations et causer une réduction importante de la capacité d’écoulement.

Les métaux proviennent principalement des usines d’opérations métallurgiques et de fontes, des hôpitaux ou autres structures médicales, des raffineries de pétrole, des tanneries, des fabriques d’insecticide et de l’industrie de la peinture. La plupart des métaux sont fortement toxiques pour la vie aquatique et les êtres humains et devraient donc être éliminés avant le traitement biologique. Les métaux peuvent s’accumuler dans la vie aquatique et, même si les flux d’effluents contiennent des concentrations de métaux inférieures au niveau toxique, les concentrations dans les animaux aquatiques, particulièrement les crustacés, peuvent atteindre des niveaux dangereux. Des traces de microbiologie peuvent continuer à fonctionner quant il y a une concentration importante de métaux, mais elles fonctionnent toujours plus efficacement quant il n’y a pas de métaux dans les eaux d’égouts. Les processus de coagulation/précipitation et de déminéralisation éliminent les métaux des flux de déchets.

Les composants organiques volatiles et les autres substances volatiles chimiques seront éventuellement éliminés par des processus naturels. Cependant, certains de ces composants sont odorants ou dangereux et devraient être éliminés dans un environnement sous surveillance plutôt que dans l’atmosphère. Le dégazage de l’air et les procédés biologiques aérés éliminent les composants volatiles.

Les systèmes municipaux de traitement des eaux d’égouts sont conçus pour éliminer les concentrations de demande en oxygène (BOD ; Biochemichal Oxygen Demand) entre 150 et 400 mg/l. Si les concentrations de DOB n’ont pas des taux beaucoup plus élevées, il n’est pas nécessaire pour les industries de les éliminer avant de déverser leurs eaux d’égouts dans les égouts municipaux. Cependant, de nombreuses industries, en particulier les usines de conserve et de mise en bouteilles, les distilleries, les manufactures de produits chimiques, les abattoirs et les usines de conservation de la viande produisent des eaux d’égouts contenant de hautes concentrations de DOB allant jusqu’à 50 000 mg/l. Si de telles concentrations s’écoulent dans les égouts municipaux, le processus biologique est saturé, les eaux d’égouts peuvent ne pas être traitées d’une façon adéquate et le flux d’effluents évacués être de très mauvaise qualité. Les procédés biologiques anaérobies et aérobies éliminent les charges de DOB hautement solubles.

La plupart des usines et des industries produisent des effluents avec de fortes concentrations de solides en suspension. Les concentrations élevées de solides en suspension ont un effet adverse sur l’environnement et rendent les autres méthodes de traitement moins efficaces. Les procédés de sédimentation éliminent des masses importantes de matières solides en suspension et les procédés de filtrage sont efficaces comme procédés de finition.

Les matières organiques réfractaires ne sont pas biodégradables et sont donc difficiles à éliminer par des traitements biologiques. Les phénols sont les principales matières organiques réfractaires des eaux d’égouts industrielles. On en trouve de très hautes concentrations dans les eaux d’égouts des usines de conserves, des raffineries de pétrole, des usines d’opération métallurgique et de fonte et de beaucoup d’autres industries de la Région des Caraïbes. Les matières organiques réfractaires sont extrêmement toxiques pour la vie aquatique et empêcheront le traitement des polluants biodégradables. Les fortes concentrations de matières organiques réfractaires sont typiquement traitées avec des procédés d’extractions dissolvante et les procédés d’absorption du carbone ou d’oxydation chimique sont plus généralement utilisés pour éliminer les matières organiques réfractaires à concentration modérée.

Les effluents avec de fortes concentrations de matières solides dissoutes ne sont pas seulement dangereux pour la vie aquatique des eaux douces ; ils créent, en outre, une accumulation tartreuse ainsi que d’autres problèmes de corrosion dans les canalisations et les conduites. Ceci est un problème si les effluents sont déversés dans les égouts publics ou sont recyclés au sein de la structure de traitement. Si l’eau de recyclage a constamment de fortes concentrations de matières solides dissoutes, l’accumulation tartreuse dans les conduits de la structure posera rapidement des difficultés. Les procédés de déminéralisation éliminent les matières solides dissoutes.

Comme il a été mentionné auparavant, de nombreux procédés utilisés pour le traitement des eaux d’égouts industrielles ne sont pas pris en considération dans l’organigramme décisionnel ou dans les pages descriptives de ce rapport. Certains de ces procédés sont les suivants:

• L’équilibrage est un procédé très important pour la plupart des stations d’épuration des eaux d’égouts industrielles. Un bassin d’équilibrage fonctionne comme un réservoir tampon qui contrôle les fluctuations des flux d’eaux d’égouts pour assurer l’efficacité des procédés de traitement subséquents. Le bassin reçoit les eaux d’égouts, dont la composition et le volume varient, et évacue un flux continu et uniforme dans sa composition. Un mélangeur mécanique est habituellement utilisé. Les objectifs principaux de l’équilibrage lors des procédés de traitement des eaux d’égouts industrielles sont les suivants:

– modérer les variations du volume des déversements

– contrôler le pH

– alimenter les systèmes biologiques d’une façon continue en eaux d’égouts, même lorsqu’il n’y a pas d’eaux d’égouts produites

– éviter qu’une «coulée» de matières toxiques n’entrave les procédés biologiques subséquents.

• Jusqu’à un certain point, la neutralisation, ou le contrôle du pH, se produit naturellement dans les bassins d’équilibrage. Si le flux de déchets n’est pas neutralisé, de la chaux vive ou acide peut être ajoutée pour abaissé ou élevé le pH. La plupart des méthodes de traitement biologiques fonctionnent d’une façon optimale lorsque les effluents ont un pH compris entre 6 et 9. L’objectif du processus de neutralisation est d’assurer que le pH des eaux d’égouts est de cet ordre.

• Certaines eaux d’égouts industrielles peuvent requérir des substances nutritives supplémentaires. Parce que certaines industries produisent des eaux d’égouts avec des concentrations de DOB extrêmement élevées et des concentrations de matières nutritives (nitrogène et phosphore) relativement faibles, il peut être nécessaire d’en rajouter pour assurer un bon fonctionnement des procédés biologiques. Ceux-ci peuvent être endommager si les matières nutritives son déficientes.

• L’oxydation chimique utilisée pour détruire les polluants, tels que les pesticides, qui sont habituellement difficilement biodégradables. Parmi les oxydants chimiques communs se trouvent le chlore, l’ozone, l’eau oxygénée et le potassium de permanganate.

Les hypothèses suivantes furent utilisées lors de l’élaboration de l’organigramme décisionnel pour les procédés de traitement des eaux d’égouts industrielles :

• La plupart des technologies de traitement appropriées exigent une qualification moyenne ou haute pour leur fonctionnement. Il est assumé qu’un personnel qualifié est disponible pour le fonctionnement des structures de traitement industriel.

• Certains de ces procédés sont chers, mais les coûts ne sont pas pris en considération, d’une façon explicite, dans l’organigramme décisionnel.

• L’ordre dans lequel les questions de l’organigramme décisionnel apparaissent, est l’ordre dans lequel les processus de traitement progresse habituellement. Cependant, il y a des exceptions. Par exemple, les matières organiques réfractaires peuvent être éliminées par des processus biologiques de boue activée en ajoutant du carbone activé en poudre. Elles peuvent aussi être éliminées avec des unités de filtrage à carbone granulaire activé, qui sont utilisés plus tard dans le procédé de traitement pour que les solides en suspension n’obturent pas les équipements de filtrage. D’autres exemples sont fournis dans les feuilles descriptives.

• Il y a des superpositions dans les rôles de chacun des mécanismes d’élimination. Les processus de coagulation éliminent non seulement les métaux toxiques, mais aussi les matières solides en suspension. Les traitements biologiques éliminent les DOB solubles et certaines matières organiques volatiles. L’usager devrait être conscient de ces superpositions.

Toutes les technologies pour éliminer les polluants des égouts et des eaux d’égouts industrielles produisent des matières résiduelles telles que des déchets solides ou de la boue. Dans les pays industrialisés avec des climats froids, d’une façon significative, les coûts d’investissement, de fonctionnement et d’entretien pour le traitement de la boue sont aussi élevés que pour les procédés de traitement des déversements liquides. Dans les pays en voie de développement avec des climats équatoriaux, la gestion de la boue consiste typiquement en des systèmes de lagunage à boue et de lits de séchage, les résidus étant rejetés sur les terres. Les coûts de construction et de fonctionnement sont généralement moins élevés que ceux des technologies de traitement des liquides. Si la technologie de traitement des liquides est un système à lagunes, des structures pou le traitement de la boue ne sont normalement pas nécessaires parce que la boue se stabilise par elle-même au fond du lagon. L’assainissement périodique par dragage est la seule méthode d’évacuation de la boue requise. Cependant, pour des technologies de traitement des liquides plus mécanisées, telles que les procédés à boue activée et à culture fixée des quantités importantes de boue résiduelle sont produites, lesquelles doivent être traitées et évacuées.

Cette étude traite uniquement des technologies de base d’épaississement, de stabilisation et d’assèchement pour le traitement de la boue. Pour la boue industrielle et les contraintes particulières des stations d’épuration dans les zones à haute densité de population, des procédés à températures élevées, tels que l’incinération, le séchage par chaleur et l’oxydation de l’air humide par températures élevées peuvent être appropriés mais ces technologies ne sont pas traitées dans ce rapport.

Quantités

La première étape dans la conception d’un système de traitement et d’évacuation de la boue est d’établir la quantité de boue produite par les procédés pour les liquides. La formule ci-dessous est utile pour pronostiquer les quantités de boue pour un certain nombre des procédés de traitement secondaires de boue activée :

TSS_p = TSS_in + (Y * SDOB_r - k_d * INV_vss)/VSS_r - E_T

ou

TSS_p = Total de la production de boue (Total sludge production), kg par jour (kg/jour)

kg/jour

éliminé

k_d = Coefficient de décomposition, 1/jour = 0.03 - 0.08

INV_vss = Inventaire des matières solides volatiles dans le procédé de traitement des liquides, kg

VSS_r = Ratio des matières solides volatiles et des matières solides totales dans l’inventaire du

traitement des liquides

E_T = Matières solides en suspension de l’effluent, kg/jour

Pour les systèmes qui fonctionnent avec une sénescence de la boue très longue, pour que les matières solides affluants au système de traitement des liquides aient la possibilité de se décomposer :

TSS_p = (Y * TDOB_r - k_d * INV_vss)/VSS_r - E_T

ou

Y = Coefficient de débit (0.5-0.8), kg de boue volatile produite par kg de DOB soluble

TDOB_r = Total de DOB éliminés dans le procédé de traitement des liquides, kg/jour

k_d = Coefficient de décomposition, 1/jour = 0.03 - 0.08

Pour les procédés à croissance fixe, la formule suivante est suggérée (U.S. EPA, 1979) :

TSS_p = P_x + TSS_in - E_T

ou

P_x = Y * DOB_r - k_d *Am