Chap.1 : Caractéristiques des effluents industriels et...

Traitement des eaux usées industrielles Chap I - 1

Chap.1 : Caractéristiques des effluents industriels et filières de traitement

• nombreuses utilisations de l’eau dans les industries

• eaux de chaudière

• eaux de refroidissement

• eaux de procédés (contacts avec des réactifs ou lavage des produits ou équipements)

Tableau 2 : Répartition au Québec des industries ayant des rejets d'eaux usées significatifs en fonction de la taille et par secteur industriel (hors CUM – année 1995)

http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/industrielles/chapitre2_b.htm

Taille selon le nombre d'employés (n)

n 10 10 n 50 50 n 250 250 n Total

Pâtes et papiers 6 19 37 62

(38 e) (118 e) (565 e) (377 e)

Raffinage du pétrole

1 1

(306 e) (306 e)

Métallurgie primaire

2 5 12 18 37

(4 e) (28 e) (146 e) (1143 e) (607 e)

Chimie29 60 72 17 178

(5 e) (26 e) (101 e) (612 e) (109 e)

Transformation du métal

26 73 77 35 211

(5 e) (26 e) (110 e) (797 e) (182 e)

Agro-alimentaire169 182 133 25 509

(4 e) (25 e) (97 e) (440 e) (57 e)

Textile8 27 50 16 101

(5 e) (29 e) (125 e) (418 e) (136 e)

Transformation du bois

6 19 45 5 75

(6 e) (24 e) (124 e) (411 e) (108 e)

Industries diverses

19 56 49 7 131

(5 e) (24 e) (105 e) (402 e) (71 e)

Total259 428 457 161 1305

(4 e) (26 e) (108 e) (637 e) (126 e)(…e): nombre moyen d'employés par entreprise


Pollution des eaux• pollution toxique: HAP, BPC, dioxine et

furanes , mercure et autres métaux, cyanures..) bioaccumulation, bioamplification

• matières organiques (d'origine humaine, animale ou d'industries agro-alimentaire, pâtes et papiers): leur biodégradation entraîne une diminution de l'oxygène dans l'eau: DBO5 demande biochimique en oxygène

Pollution des eaux (suite)• substances fertilisantes: Azote N,

(nitrite, nitrate) Phosphore P,apportées par:-lessivage des terres agricoles (vente d'engrais: 500 000 t /an)-effluents industries engrais et explosifs-eaux usées domestiques

effet: O2 diminue, prolifération d'algues, appauvrissement de la diversité des espèces


Pollution des eaux (suite)

• pollution par des micro-organismes (bactéries, virus) pathogènes

sources: déjections humaines et animales

problèmes pour production d'eau potable et usages récréatifs


• pollution visuelle ou esthétique(mousse, couleur, odeurs)

• pollution thermique (rejet d'eaux chaudes)



• En 1988, le PASL a identifié 50 usines qui déversaient par pour jour dans le fleuve Saint-Laurent et la rivière Saguenay:

• 4 t de métaux

• 400 t de matières biodégradables

• 440 t de matière en suspension.

Pollution des eaux: les 50 usines du PASL

• pâtes et papiers (15)

• métallurgie (13)

• chimie (13)

• industrie pétrolière (3)

• traitement de surface (3).

• Autres (3)

PASL => Saint-Laurent Vision 2000 (106 usines prioritaires)

http://www.slv2000.qc.ca/bibliotheque/centre_docum/protection/liste_accueil_f.htm


mais des solutions existent ...!• Des actions appropriées ont permis depuis de

réduire de 96 % les rejets de substances toxiques des 50 usines du PASL de 1988

• 95% des eaux usées en réseau sont traitées dans des stations d’épuration municipales

• Moyennant des investissements globaux estimés à environ:1.1 milliards de dollars PASL7. milliards de dollars PAEQ

AnnéesParamètre

1959(22) 1981(20) 1988(20) 1995(20) 1996(21)

Débit (m3/t) 210,0 120,0 95,0 61,0 61,0

DBO5 (kg/t) 93,0 59,1 37,3 13,0 2,4

MES (kg/t) 136,0 25,9 11,3 4,4 2,8

Évolution des caractéristiques des eaux usées du secteur des pâtes et papiers (par tonne de production)

Exemple de redressement dans les pâtes et papiers

AnnéePollution organique du secteur des

pâtes et papiers (tonnes de DBO5 /an)Population équivalente

(personnes) (1)

1981 480 000 24,4 millions

1988 329 000 16,7 millions

1995 136 000 6,9 millions

1996 25 340 1,3 million

(1) Basé sur un rejet de 54 grammes de DBO5 par personne, par jour.

Comparaison entre la pollution organique rejetée par le secteur des pâtes et papiers et une population équivalente

http://www.menv.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/industrielles/chapitre3.htm


http://www.mddep.gouv.qc.ca/milieu_ind/bilans/pates08/bilan08.pdf

D et Fc dioxines et furanes chlorés COHA composés organiques halogénés adsorbables

on produit plus …. en polluant moins !



Pour réduire les déversements:

traitement de l'effluent avant son rejet

traitement de l'effluent avant son recyclage (papier: 50-100 m3/tonne => 5)

modification du procédé pour éviter ou réduire à la source les rejets:

prévention vs assainissement

Caractérisation des effluents: Matières solides

- Matières solides totales (mg/L): ce qui reste après évaporation à 103/105oC

MST

- Matières en suspension (mg/L) :ce qui est récupéré sur un filtre de 1µm MES

- Matières totales dissoutes:MTD=MST-MES


Matières solides (suite)

- Matières décantables (mL/L):volume des solides qui sédimentent dans un cône de Imhoff après 1 H

- Matières solides volatiles (mg/L) MSV:MES qui se volatilisent au four à 550oC

- Matières solides fixes MSF=MES-MSV

matières solides (fin)

- Matières volatiles dissoutes:MTD(matières totales dissoutes filtrables) qui se volatilisent à 550oC

MVD(mg/L)

- Matières fixes dissoutesMFD= MTD-MVD


Taille des matières solides

- dissoutes < 10-3µm (10-6 mm)

- colloïdales 10-3<d<1 µm

- en suspension >1µm

Les matières solides:

Matières solides

Matières

solides

totales

(MST)

en suspension (MES)

décantables (MD)

inorganiques (f ixes)

organiques (volatiles) matières solidesvolatiles (MSV)

non décantables

organiques (volatiles)


dissoutestotales(MTD)

colloïdales inorganiques (f ixes)

organiques (volatiles) matière volatilesdissoutes (MVD)

dissoutes organiques (volatiles)



demande biochimique en oxygène, DBO-DBO5

• biodégradation de composé organique par des micro-organismes (bactéries)

• Comp.Org + O2 + cellules (biomasse)(présence de nutriments N,P) ==>

CO2+H2O+NH3

+cellules+résidu +énergie

(cellules=C5H7O2N)

DBO (mg/L)

- DBO=quantité d'O2 utilisé

- Après 20 jours tout ce qui est oxydable est oxydé

- DBO20 = DBO ultime

- valeur de la DBO après 5 jours:DBO5


Courbes de DBO

T e m ps (jou rs)

2 4 6 8 10 12 14 16 18

y =D B O (t )

D B O u lt im e ,L o

D B O d e se c on deé ta pe

8D B O 5 (t=5jou rs)

DBO de seconde étape

• après incubation (6-10 j) les bactéries nitrifiantes (Nitrosomonas ,Nitrobacter)oxydent NH3 :nitritation

NO2-:nitratation

• NH3 + O2 + cellules=> NO2-

• NO2- + O2 + cellules=>NO3

-


Mesure de DBO parfois difficile

A

B

C

D

Tem ps

D BO

A: idéale, B: bonne acclimatation, C mauvaise, D toxique

Relations pour la DBO:

dC

dt=-kC _ C (t =0)-C(t)=C (1-e )0 0

-kt

y = L - L =L (1-e )= L ( 1-10. )0 0-kt

0-Kt

y DBO , au temps t (DBO exercée)

L0 DBO ultime quand temps infini

L DBO restante (ce qui reste à consommer pour atteindre la DBO ultime)


Constante de vitesse: k ou K

T 2 0 ( T - 2 0 )K = K

ө= 1.135 pour 4<T<20 oC

ө = 1.056 pour 20<T<30 oC

Par exemple de valeurs de K à 20 oC:

eaux usées urbaines: 0.15 - 0.28 j-1

effluent d’une station de 0.06 - 0.10 j-1

biologique d’épuration

eau de rivière 0.04 - 0.08 j-1

faiblement polluée

Procédure expérimentale pour la mesure de la DBO

Air

Eau distillée +

Ensemencement

(bactéries)+nutriments

saturée en oxygène

VB=300 mL

témoin

test

dans le noir, à 20O C

à 5j, on mesure O2

VS


• les mesures les plus fiables s ’observent lorsque la perte d ’oxygène au cours de l ’essai varie entre 35 et 60 %(à 20oC,au niveau de la mer, dans l ’eau pure on solubilise 9.2 mg d ’oxygène par litre)

• des dilutions peuvent être faites pour rencontrer ce critère (ordre de grandeur: facteur de dilution = DBO estimée /4 )

• voir TD pour les équations p I.6

Procédure expérimentale pour la mesure de la DBO (suite)

Demande chimique en oxygèneDCO (mg/L)

• O2 consommé par oxydation au dichromate de potassium

• caractérise les composés oxydables (biodégradable et non biodégradable)

• DCO> DBO• DCO/DBO fonction effluent (p1.7.1&2)• DCO/DBO = 1.5 à 3 pour eaux usées

urbaines


Demande théorique en oxygèneDThO (mg/L)

• C'est la quantité d'oxygène pour oxyder complètement un composé en produits stables (CO2, H2O, NO3). Pour la plupart des composés organiques, à l'exception de certains composés aromatiques, on a DThO =DCO

Carbone organique totalCOT (mg/L)

• COT représente la teneur en carbone lié à la matière organique. La technique repose sur la mesure du CO2 après oxydation


Azote Kjeldahl (NTK, mg/L)

• Il représente la quantité d'azote sous formes réduites : organique et ammoniacale (N-NH4-), abusivement appelé azote total.

Azote global

• C'est la somme des formes oxydées et réduites de l'azote : azote organique, ammoniacal et des formes oxydées (nitrites et nitrates).

• On trouvera aux pages 1-7.1- à 1-7.2 les valeurs de ces grandeurs caractéristiques pour différents types d'effluents ou de composés organiques


Indicateur bactériologique de la qualité de l’eau

• pour des effluents contenants des matières d’origine humaine ou animales possibilité de contamination par des organismes pathogènes

• analyse difficile => on regarde d’abord la présence de coliformes fécaux non pathogènes mais indicateurs d’une contamination fécale

• baignade: <200 col./100 mLeau potable: 0 col./100mL

Charges polluantes d’eaux usées

Com posé Eaux uséesm unicipalesm g/L

Eaux uséesd’uneindustrieA lim entaireV iande

Eaux uséesd’une industrielaitière

Solides totaux 800 3300 1600

Solides ensuspension

240 1000 300

DBO 5 à 20 o C 200 1400 1000

CO T 145 - -

DCO 455 2100 1900

N – total 40 150 50

Phosphore total 8 16 12

Chlorures 42 21 21

Alcalinités /CaCO 3 100 - -

G raisse 20 500 5


http://www.techniques-ingenieur.fr/affichage/DispMain.asp?ngcmId=g1210&file=g1210/g1210v2-2.htm#I2ERI = eaux résiduaires industrielles

http://www.techniques-ingenieur.fr/affichage/DispMain.asp?ngcmId=g1210&file=g1210/g1210v2-2.htm#I2


Équivalent-habitant de la charge polluante d’un effluent

Charge en gramme/habitant/jour

Paramètres: Gamme Typique Québec

DBO5 60-110 80 54

DCO 110

Matière en suspension 60-115 90 60

Azote (total N) 10-18 15 15

Phosphore ( total P) 3-6 4 2-2.5

Calcul d ’équivalent-habitant• En 95, les rejets de la raffinerie Ultramar était

de 8852 m3/j contenant 161 kg/m3 de MES, 26.9 kg/m3 d ’huiles et graisse, 24.4 kg/m3

d ’azote ammoniacal (re. SLV2000).

• Calculer le nombre d ’ équivalent-habitants de ce rejet en terme de MES et de N

Nbre d ’E-H (MES)= 8852 . 161. 1000 / 60 = 23.75 Millions

• Nbre d ’E-H (N)= 8852 . 24.4. 1000 / 15 = 14.40 Millions


Recommandations sur la qualité de rejets industrielsSource Environnement Canada (1976)

Remarque:La dilution n’est pas un traitement acceptable

valeur maximale recommandée

DBO5 20 mg/L

MES 25 mg/L

coliformes fécaux 400/100 mL (après désinfection)

chlore résiduel 0.5 mg/L min. après 30 min.

1 mg/L max.

pH 6-9

phenols 20µg/L

Phosphore total 1. mg/L

Huiles et graisse 15 mg/L

Température ne doit pas changer celle du milieurécepteur de plus de 1 degré celcius

Cadre réglementaire sur les rejets industriels au Québechttp://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/industrielles/

Loi sur la qualité de l ’environnement (QC) LRQ, chap. Q-2 (1995)

article 22: « nul ne peut ériger ou modifier une construction, entreprendre l’exploitation d’une industrie quelconque, l’exercice d’une activité ou l’utilisation d’un procédé industriel ni augmenter la production d’un bien ou d’un service s’il est susceptible d’en résulter une émission, un dépôt, un dégagement ou un rejet de contaminants dans l’environnement ou une modification de la qualité de l’environnement, à moins d’obtenir préalablement du ministre un certificat d’autorisation ». Exigence de l’obtention d’un certificat d’autorisation préalablement à l’implantation ou à la mise en exploitation d’une industrie.

L’article 32 concerne l’obligation d’obtenir une autorisation avant l'installation d’équipements de traitement des eaux usées : « nul ne peut établir un aqueduc, une prise d’eau d’alimentation, des appareils pour la purification de l’eau, ni procéder à l’exécution de travaux d’égout ou à l’installation de dispositifs pour le traitement des eaux usées avant d’en avoir soumis les plans et devis au ministre et d’avoir obtenu son autorisation ».


Cadre réglementaire au Québec (suite et fin)http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/industrielles/

Règlements et directives (QC): sur les fabriques de pâtes et papiers, (Q-2, r. 12)

sur les effluents liquides des raffineries de pétrole, (Q-2, r. 6)

les usines de bétons bitumineux, (Q2,r.25)

directive sur l’industrie minière.

Réglementation municipale Dès le début des années 1980, et ceci, dans le cadre du PAEQ, les municipalités

participantes au programme ont été incitées à se doter d’une réglementation municipale visant à contrôler les rejets non domestiques, et notamment ceux d’origine industrielle, dans leurs réseaux d’égout. Par cette réglementation, les municipalités se sont données le pouvoir d’intervenir auprès des industries qui rejetteraient des contaminants susceptibles de perturber le fonctionnement des systèmes d’épuration municipaux ou encore de contaminer les eaux de surface du territoire municipal notamment lorsque les eaux usées municipales seraient traitées.

CUM:En plus de fixer des limites de rejet pour près de 20 contaminants, le Règlement 87stipule que les établissements qui déversent leurs eaux usées ou leurs eaux de refroidissement dans un réseau d'égout raccordé aux intercepteurs de la CUM, en quantité supérieure à 4500 m³ durant une période de six mois ou contenant des substances énumérées aux paragraphes 3, 7 et 9 de l’article 10 du même règlement, doivent obtenir un permis de déversement

Normes de rejets fixées par secteur industriel (et par quantité produite …. pour éviter les dilutions)

Exemple: L’industrie des pâtes et papiers

COHA composé organique

halogéné absorbable

D&Fc dioxines et furaneschlorés



Toxicité aigüe:

Secteur des raffineries de pétroles

Impossible d’afficher l’image.

Normes d'effluent pour les raffineries existantesNature du contaminant Quantité moyenne

mensuelle(kg/1000 barils)

Quantité quotidienne(kg/1000 barils)

Quantité maximalequotidienne (kg/1000

barils)

Huiles et graisses 2,80 5,00 6,80

Phénols 0,28 0,50 0,68

Sulfures 0,10 0,28 0,46

Azote ammoniacal 2,26 3,62 4,52

Matières en suspension 6,52 10,90 13,60

http://www.mddep.gouv.qc.ca/programmes/bilans/petroliere/bilan.htm#reglementation


1.3 Effet de la pollution de l'eau sur l'environnement et le biotope

• suite à un déversement d'eaux usées domestiques dans une rivière, en aval variations significatives :

• de la concentration en oxygène dissous dans l'eau (courbe en sac)

• de la répartition des espèces (des trois règnes bactérien, végétal et animal).

• courbe en sac Voir simulateur:http://www.ce.utexas.edu/prof/maidment/gishydro/ferdi/webedu/webdosag/webdosag.html

sag curve = courbe en sac


S.D.I.species diversity index

S D I = ( S - 1 )

Ilo gS nombres d’espècesI nombre total d’individus

SDI quand la pollution

Ref. Introduction to wastewater treatment processes A.S. Ramalho 1983

Indice de diversité des espèces

http://www.ecology.kee.hu/pdf/0302_093100.pdf


1.4 Relevé dans le temps des caractéristiques d'un effluent

industriel

• étape importante pour concevoir un traitement approprié

• variations car-mode discontinu de production-arrêt fin de semaine ou saison-variabilité des réactifs ou produits

relevé (suite): bien poser le problème avant de le résoudre

• grandeurs suivies: débit, DCO, MES ...

• périodes d'échantillonnage-1h avec moyenne sur 8-12-24 h-15 min. et moyenne sur 1 h

• analyse statistique en terme de fréquence d'apparition des événements. par exemple 50% du temps la DCO reste inférieure 2000 mg/L.


On dispose de N mesures d’une grandeur, on cherche P % du temps pendant lequel la variable < Vm

• a) on classe les données par ordre croissant, de 1 à N

• b) on calcule:

- Si N < 20: m varie de 1 à N

-Si N>20:

mP = 100 (m-0.5)

N

mP = 100 m

N +1

Faire des bilans matières

- vérifier si les bilans bouclent (fuite ou source inconnue)

- identifier et analyser les courants qui alimentent le collecteur principal d'égout


1.5 Eaux de ruissellement

• la pluie tombant sur un site industriel va lessiver les équipements, les bâtiments, les terrains et les eaux peuvent être fortement chargées

• stockage dans des bassins d'orage (dimensionnés pour une pluie ayant une période de retour de 10 ans)

Eaux de ruissellement

• réseau d'égouts unitaires:eau de pluie+effluents (urbains ou industriels)

• réseau d'égouts séparatifs- un pour les eaux de pluie (réseau d’égouts pluviaux)

-un pour les effluents industriel ou urbain (réseau d’égouts sanitaires)


Filières de traitement:traitements primaires

• décantation, filtration (MES)

• égalisation, pour amortir les variations de charges ou de débit de l'effluent

• neutralisation (pH) avant rejet au milieu naturel

• coagulation pour l'enlèvement de matière en suspension ou colloïdale

• flottation pour l'enlèvement des huiles, graisses ou solides.

Traitements secondaires:enlèvement biologique du Carbone

• boues activées

• lits bactériens, biofiltres

• réacteurs biologiques séquentiels

• disques biologiques (RBC, rotating biological contactor)

• lagunes aérées.


Traitements secondaires:

• Typiquement, ils permettent de réduire en dessous de 25 mg/L de DBO la charge d'effluent initialement dans une gamme de 100-1000 mg/L ou plus.

Traitements tertiaires:

• pour l'enlèvement d'éléments ou composés spécifiques

• - azote (nitrification/dénitrification)- phosphore (déphosphatation)- composé organique réfractaire - matière colloïdale

• procédés biologiques et procédés physico-chimiques


Traitements spéciaux, pour préparer un effluent avant:

• des traitements primaires ou secondaires (si toxique au biologique)

• son rejet dans le réseau d'égout municipal

• en station d'épuration d'eaux domestiques: prétraitement=dégrillage

Traitement des boues:

• Les boues générées autant par les traitements primaires que secondaires devront être traitées

• épaississement,digestion aérobie ou anaérobie, filtration, centrifugation, séchage, incinération, épandage, enfouissement etc.


Traitement des boues:

http://www.techniques-ingenieur.fr/affichage/DispMain.asp?ngcmId=g1250&file=g1250/g1250-2.htm#I2

Choix d'une filière de traitement

• éviter les dilutions

• ne pas mélanger des courants fortement et faiblement pollués

• ne pas mélanger des courants nécessitant des traitement différents

• enlever en tête ce qui peut être enlevé facilement

• pertinence dans l'ordre des étapes (inhibition,colmatage)


Choix d'une filière:

• voir diagramme page 1-12.7

• voir checklist page 1-12-6

• voir procédés pages 1-12.4&5



Eaux usées vs Eau potable

La majeure partie de l’eau consommée dans les municipalités continue de provenir des sources d’eau de surface. En 2009, 90,2 % de l’eau dans les réseaux de distribution provenait des sources d’eau de surface, comme les lacs et les rivières, alors que seulement 9,8 % provenait des sources d’eau souterraine. À l’échelle nationale, le rapport entre l’eau provenant des sources d’eau de surface et des sources d’eau souterraine est resté remarquablement stable au cours des dix dernières années.

http://www.ec.gc.ca/Publications/B77CE4D0-80D4-4FEB-AFFA-0201BE6FB37B/2011-Municipal-Water-Use-Report-2009-Stats_Fr.pdf


….. Moins de consommation si facturation au volume consommé ! (année 2009)


Au Canada en 2004: 1.6 $/m3

(eau potable + assainissement)

http://www.ec.gc.ca/Publications/0B6E24B6-0421-4170-9FCF-9A7BC4522C54/Rapport2008SurLaTarificationMunicipaleEauTarificationMunicipaleEauStatistiques2004.pdf


Prix de l’eau potable

(2001) $ US /m3

Prix de l’eau potable

(2005) € /m3

http://www.notre-planete.info/actualites/actu_673_.php

http://www.unesco.org/water/wwap/facts_figures/valeurs_eau.shtml

http://www.oieau.fr/IMG/pdf/Prix_de_l_eau_2009_Nus.pdf


http://www.oieau.fr/IMG/pdf/Prix_de_l_eau_2009_Nus.pdf

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