Pollution Industrielle de l'Eau Stratégie Et Méthodologie

Pollution industrielle de l’eau

Stratégie et méthodologiepar Jean-Claude BOEGLIN

Ingénieur chimiste, Docteur ès sciencesPrésident d’honneur de l’Institut de recherches hydrologiques (IRH) – environnement,NancyConseiller scientifique de l’Institut de promotion industrielle (IPI) – environnement indus-triel, Colmar

1. Vers une approche globale et la maîtrise de la pollution industrielle.................................................................... G 1 220 - 2

1.1 Contraintes liées à l’origine de l’eau........................................................... — 21.2 Contraintes liées aux rejets ......................................................................... — 2

2. Étude-diagnostic de la pollution aqueuse émise ............................. — 22.1 Enquête préliminaire.................................................................................... — 2

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie industriel G 1 220 - 1

es problèmes posés par les ressources en eaux et leur pollution sont à pré-sent de plus en plus à l’ordre du jour ; longtemps négligés, ils ne peuvent

plus être considérés comme accessoires.Pour l’industriel, l’eau est devenu un critère important, une matière première

comme les autres. Il doit tenir compte de son coût pour établir ses prix derevient. L’augmentation continue des besoins en eau, dans la grande majoritédes techniques de fabrications industrielles, le conduit à faire face à un certainnombre de contraintes liées à cette consommation d’eau.

L’objet de cet article est de montrer comment il convient d’aborder un pro-blème de pollution industrielle sur le plan stratégique et méthodologique dansla mesure où il faut considérer la station d’épuration, non comme une machineépurante à tout faire, mais comme l’ultime remède à apporter aux méfaits de lapollution car, de toute évidence, c’est la solution la plus onéreuse et la moinssatisfaisante pour l’environnement.

2.2 Établissement du bilan détaillé de la pollution et de l’utilisation del’eau — 3

2.3 Examen des possibilités technico-économiques de réduction desdébits d’eaux à traiter .................................................................................. — 32.3.1 Lutte contre le gaspillage.................................................................... — 32.3.2 Définition des mesures visant à une meilleure utilisation de l’eau — 4

2.4 Réduction de la pollution à la source. Technologies propres................... — 52.4.1 Limitation de la pollution par récupération des matières

premières, déchets et sous-produits ................................................. — 52.4.2 Techniques propres ............................................................................. — 52.4.3 Mise en œuvre de procédés propres ................................................. — 6

2.5 Restructuration du réseau d’assainissement ............................................. — 82.6 Avant-projet définissant le schéma directeur d’assainissement .............. — 9

3. Étude du schéma de traitement des eaux résiduaires ................... — 93.1 Méthodologie utilisée pour la définition des filières de traitement des

eaux usées et des boues.............................................................................. — 93.2 Méthodes et matériels d’évaluation ........................................................... — 9

3.2.1 Essais de laboratoire et en petite installation pilote......................... — 93.2.2 Essais en installations pilotes semi-industrielles ............................. — 11

4. Prestations d’un bureau d’ingénieur-conseil.Maîtrise d’œuvre ....................................................................................... — 12

5. Conclusion .................................................................................................. — 12

Références bibliographiques .......................................................................... — 12

L

POLLUTION INDUSTRIELLE DE L’EAU _______________________________________________________________________________________________________

1. Vers une approche globale et la maîtrise de la pollution industrielle

1.1 Contraintes liées à l’origine de l’eau

Pour l’alimentation des sites industriels, on peut avoir recours àl’eau de ville mais son coût est élevé et ne fait qu’augmenter.

La contribution des eaux souterraines va en décroissant, les eauxde forage possèdent une qualité généralement satisfaisante et sontpeu taxées, mais la taxation devrait nettement augmenter au coursdu 6e plan de l’Agence de l’eau.

On est de plus en plus contraint de recourir à des eaux de surfacemalheureusement soumises à la pollution. La qualité dégradée deseaux de rivière impose à l’industriel de réaliser un traitement del’eau souvent très poussé avant utilisation, qui par la suite est deplus en plus onéreux.

plus fructueuse est possible sur le plan technico-économique, elleconsiste :

— dans l’optique d’une meilleure gestion de l’eau, d’accepter deremettre en cause l’utilisation de l’eau dans l’usine et la conceptiondes circuits d’eau existants, dans le but de réduire au moyen demesures préventives les débits d’eau à traiter ;

— à considérer que, en fabrication, produire c’est gérer un bilanmatière et du travail, et que lutter contre la pollution industriellerevient à analyser ce bilan matière au regard de tous les sous-produits et contaminants indésirables que l’on est susceptible deretrouver dans l’eau.

Instruire et poser de façon rationnelle un problème d’eaux rési-duaires industrielles rend obligatoire la gestion et la maîtrise de lapollution, qui doit être analysée à la source des activités de l’usine etdans les procédés de fabrication eux-mêmes.

Pour procéder selon cette démarche, une étude détaillée du pro-blème de pollution posé doit être réalisée, en vue de l’établissementd’un schéma directeur de lutte antipollution approprié pour le traite-ment des rejets évacués par l’usine.

Pour créer une démarche logique de l’esprit envers ces problèmesde pollutions industrielles, nous allons rassembler ici les idéesgénérales qui gouvernent les choix techniques conduisant à la réso-lution du problème considéré et dégager une sorte de trame utilisa-ble dans la plupart des cas pour l’étude des eaux résiduaires.

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1.2 Contraintes liées aux rejets

Pour ses eaux résiduaires, l’industriel paie une taxe d’assainisse-ment à la municipalité qui traite ses effluents et une taxe de rejet àl’Agence de l’eau. Là encore, il faut prévoir une augmentation subs-tantielle de cette taxe en cours du 6e plan de l’Agence de l’eau.

On note d’une manière générale un renforcement de la législationqui réglemente de plus en plus sévèrement, la qualité de l’eau aurejet et les performances épuratoires des stations d’épuration. Unenouvelle directive européenne impose, par ailleurs, aux industrielsun degré de fiabilité d’exploitation des installations de traitementtrès élevé.

Enfin, on ne peut plus négliger l’importance des facteurs de rela-tion de l’entreprise avec son voisinage, la presse et l’opinion.Aujourd’hui, les aspects liés à l’environnement font partie des élé-ments stratégiques qui permettent d’apprécier la valeur d’un éta-blissement industriel dans son ensemble. L’image de marque d’uneentreprise peut être renforcée ou détériorée, dans son impactcommercial, selon que le public ressent positivement ou négative-ment son approche environnement.

Face à ces contraintes, il apparaît de plus en plus fondamental, deraisonner sur les besoins globaux en eau d’un site industriel et parsuite dans une nouvelle approche :

— modifier et redéfinir notre réflexion sur l’utilisation de l’eau enquantifiant les besoins exacts en qualité et en quantité, aux diversstades du procédé de la fabrication ;

— puis trouver et mettre en œuvre des solutions techniques quipermettront de mieux maîtriser les flux polluants, en apportant uneplus grande valeur ajoutée globale à l’industriel.

L’industriel se trouvant dans la nécessité d’épurer les eaux uséesrejetées par son usine pense immédiatement à la solution quiconsiste à implanter une station d’épuration adaptée à la nature desrejets à traiter et susceptible d’atteindre les performances exigéespour préserver le milieu naturel.

Le choix d’une filière de traitement des effluents et le dimension-nement des ouvrages constitutifs nécessitent une connaissance pré-cise non seulement de la quantité globale de pollution rejetée maisaussi de son évolution au cours du temps. Ces renseignements peu-vent être obtenus en effectuant l’opération appelée bilan de pollu-tion. Cette opération est de toute façon indispensable lorsqu’il s’agitde mettre en œuvre une station de traitement. Une autre démarche

Le contenu de toute « étude » sérieusement menée [2] doitcomporter deux phases successives :

— l’étude-diagnostic de la pollution aqueuse de l’usine avec ladéfinition des mesures visant une meilleure utilisation de l’eau et larecherche des possibilités de réduction de la pollution au niveau del’outil de production ;

— puis l’étude du schéma de traitement des eaux résiduairesportant sur l’analyse des différentes solutions de traitement envisa-geables en vue du choix du traitement à retenir sur la base deconsidérations aussi bien techniques qu’économiques.

2. Étude-diagnostic de la pollution aqueuse émise

On considérera comme principe de base que l’épuration propre-ment dite des eaux résiduaires émises par un établissement indus-triel ne doit être envisagée qu’à la suite d’un processus dont lespremières étapes consistent à intervenir dans l’usine elle-même,pour rechercher par tous les moyens une réduction du flux polluant,puis une collecte et une évacuation rationnelles des effluents rési-duaires à traiter.

L’étude sur le plan de sa consistance comportera plusieurs partiesdont la réalisation pratique s’effectue selon une certaine chronolo-gie.

2.1 Enquête préliminaire

Toute étude concernant les possibilités de traitement deseffluents résiduaires d’une usine doit être précédée par une enquêteapprofondie, qui a pour but de préciser les éléments nécessaires àune bonne connaissance de la pollution de l’usine :

— caractéristiques de la production de l’usine (nature, quantitéset qualités des fabrications), avec examen des projets d’extensions ;

— bilan quantitatif de la production, distribution et utilisation del’eau dans l’usine (eau industrielle, déminéralisée et potable) ;

— recensement et localisation des diverses sources de pollutionsolide et liquide (sources permanentes ou accidentelles) ;

_______________________________________________________________________________________________________ POLLUTION INDUSTRIELLE DE L’EAU

— analyse des divers modes de collecte, à l’intérieur de l’usine,des eaux pluviales, des eaux de refroidissement, des rejets indus-triels de fabrication et de lavage des sols ;

— analyse des divers modes d’évacuation hors usine de la pro-duction « polluante ».

2.2 Établissement du bilan détaillé de la pollution et de l’utilisation de l’eau

Le choix d’une filière de traitement des effluents et le dimension-nement des ouvrages de la station d’épuration nécessitent uneconnaissance précise, non seulement de la nature et des caractéris-tiques physico-chimiques des eaux résiduaires, mais aussi de laquantité globale de pollution rejetée et de ses fluctuations au coursdu temps.

Ces renseignements peuvent être obtenus en effectuant l’opéra-tion bilan pollution, qui consiste à procéder à une campagne de pré-lèvements et de mesures de débit permettant de saisir les variationsde la pollution industrielle à traiter.

Mais dans une approche, souvent plus fructueuse, il est particuliè-rement intéressant de compléter cette démarche en procédant au

Parallèlement, chaque poste de mesure est équipé d’un préleveurautomatique, permettant la constitution en continu, proportionnel-lement au débit, d’échantillons représentatifs qui seront soumis àl’analyse pour, d’une part, la détermination des caractéristiques glo-bales de pollution (voir encadré « Définitions des principaux critèresde pollution relatifs aux effluents ») :

— pour la pollution organique : DCO, DTO, DBO5 ;— pour la pollution particulaire : MEST (matières en suspension

totale), MVS et MM (fractions organique et minérale des MEST),MESD et MESND (matières en suspension décantables en 2 h ounon décantables) ;

et, d’autre part, de certaines grandeurs analytiques spécifiques :

— matières grasses, hydrocarbures ;— composés azotés (azote Kjeldahl, , , ) et phos-

phatés (phosphore total, orthophosphates) ;— substances inhibitrices ou toxiques : métaux lourds, cyanures,

phénols, chromates, etc.

La durée de la campagne de prélèvements et de mesures de débit,ainsi que le programme analytique réalisé, sont fonctions de lavariabilité des consommations d’eau et des rejets élémentaires, elle-même liée au caractère cyclique des processus de fabrication et aufonctionnement de l’usine. Selon la nature des fabrications des usi-

NH4+ NO2

– NO3–


bilan de l’utilisation de l’eau dans l’usine et à l’étude d’une meilleuregestion de l’eau à ce niveau [2] [3].

Pour mener ces investigations, il est nécessaire de mettre en évi-dence dans l’usine les diverses utilisations de l’eau et les débitsqu’elles requièrent, de relever le schéma des circuits et postes d’uti-lisation d’eau existants, et de déterminer la qualité de l’eau aux dif-férents niveaux des circuits.

L’évaluation de la pollution sera effectuée non seulement sur lescollecteurs généraux, mais sur les rejets élémentaires issus des dif-férents ateliers de fabrication et, si cela s’avère nécessaire, sur lesrejets unitaires par machine ou poste de travail, ce qui permet d’éla-borer un « graphe » des effluents de l’usine comportant, à chacunde ses niveaux, les caractéristiques des rejets.

Une telle démarche diffère évidemment, dans sa finalité, du sim-ple bilan de pollution, trop souvent effectué uniquement au niveaudu collecteur général de l’usine, dans le souci immédiat de dimen-sionner une station de traitement. La prise en compte des caractéris-tiques de l’effluent global, sans se préoccuper de son origine,conduit souvent à une installation complexe, avec des dimensionne-ments et des coûts d’exploitation excessifs.

Dans la méthodologie que nous préconisons, il s’agit d’intervenirle plus en amont possible, au niveau des utilisations et des rejetsélémentaires, pour les caractériser, analyser les possibilités et lesmodes de regroupement des différents effluents selon leur nature etleur composition, et étudier les conditions de réutilisation par recy-clage des eaux non polluées.

Ces travaux doivent être effectués par une équipe spécialisée,expérimentée dans ce domaine et rompue aux conditions de travail,souvent difficiles, imposées par la conception des installations defabrication, leur mode d’utilisation et la nécessité de ne pas pertur-ber leur exploitation.

Lors de son intervention, cette équipe doit disposer du matérielpour mesurer en continu et simultanément en plusieurs points (enpratique au moins 5 à 6) :

— les débits par la mise en œuvre ou l’installation de seuilsdéversoirs, avec enregistrement continu des hauteurs de lamesdéversantes, de dispositifs déprimogènes, de moulinets hydromé-triques et de traceurs chimiques ;

— les paramètres de qualité, en rapport avec l’utilisation de l’eauet caractéristiques d’un comportement global, comme le pH, lepotentiel d’oxydo-réduction, la température, la conductivité, l’oxy-gène dissous.

nes, on réalisera des bilans sur une période de 24 heures ou sur plu-sieurs jours, l’échantillonnage réalisé pouvant être horaire,bihoraire ou porter sur des périodes plus longues, 4 à 6 heures parexemple.

Bien entendu, il convient de tenir compte des variations saison-nières ou annuelles (congés) de la production polluante de certainesusines, et également des prévisions d’extension de certains ateliers.On appliquera pour cela des facteurs correctifs, par exemple enadmettant la proportionnalité entre certains débits ou quantités depollution et les tonnages de matières premières utilisées ou de pro-duits finis fabriqués, déterminés lors de l’enquête préliminaire.

Les résultats du bilan initial constituent donc un constat de lasituation existante, qui servira de référence pour l’évaluation detoutes les modifications pouvant être proposées pour une meilleureutilisation de l’eau et une réduction à la source de la production pol-luante.

2.3 Examen des possibilités technico-économiques de réductiondes débits d’eaux à traiter

Il n’est plus nécessaire de souligner l’importance de l’eau dansl’industrie ; utiliser plus d’eau, c’est dépenser plus d’argent si elleest achetée au distributeur d’eau, dépenser plus pour la puiser enrivières et éventuellement pour la corriger (déferrisation, adoucisse-ment, déminéralisation). C’est aussi évidemment construire une sta-tion d’épuration plus importante, car plus on emploie d’eau, pluscertains ouvrages (comme les décanteurs par exemple) doivent êtredimensionnés de façon importante. Il s’avère par ailleurs que dansbien des cas, un excès de dilution rend le traitement plus difficile.

Pour réduire les volumes des rejets, il convient tout d’abordd’entamer la lutte contre le gaspillage et, ensuite, de définir desmesures visant à une meilleure utilisation de l’eau [3].

2.3.1 Lutte contre le gaspillage

Il s’agit là le plus souvent d’un problème de bon sens, de volontéet de formation du personnel. Des résultats spectaculaires pourrontêtre obtenus par des mesures simples.


— contrôle automatique des opérations de rinçage par des mesu-res de conductivité ;

— non-dégradation de l’eau, qui sera utilisée successivement àdes fabrications de moins en moins exigeantes en ce qui concernela qualité de l’eau, etc.

2.3.2 Définition des mesures visant à une meilleure utilisation de l’eau

La modification des conditions d’utilisation de l’eau dans l’usinenécessite une connaissance précise de la qualité d’eau requise pourchacun des usages de l’eau. Cette évaluation est difficile et doit sefaire en commun avec l’industriel, qui connaît mieux que quiconqueses installations et les problèmes liés à la fabrication. La définitionde la qualité minimale acceptable pour chaque poste utilisateur faitappel à des critères tels que :

— la connaissance de l’incidence de la qualité de l’eau sur la qua-lité du produit fabriqué, le rendement des opérations industrielles,les consommations en réactifs, fluides, énergie ;

— les spécifications imposées par les fournisseurs pour leursmatériels (exemple : chaudières) ;

— les données générales relatives à l’incidence de la qualité del’eau sur son comportement vis-à-vis des matériaux (agressivité,

Définitions des principaux critères de pollution relatifsaux effluents (eaux résiduaires urbaines et/ou industrielles)

■ Matières en suspension totales (MEST) : paramètre (expriméen mg/L) qui correspond à la pollution insoluble particulaire,c’est-à-dire à la totalité des particules solides véhiculées par leseaux résiduaires constituées par :

— les matières en suspension décantables en 2 heures(MESD), le chiffre 2 est arbitraire mais correspond à de bonnesconditions de décantation de la fraction grossière et dense desparticules ;

— les matières en suspension non décantables (MESND), ils’agit de la fraction colloïdale du MEST.

La calcination à 550 oC des MEST permet de connaîtrel’importance relative des matières minérales (MM) et des matiè-res organiques ou matières volatiles solides (MVS).

■ Demande chimique en oxygène (DCO) : représente laconsommation d’oxygène (exprimée en mgO2/L) dans les condi-tions d’une réaction d’oxydation par le bichromate de potas-sium, en milieu sulfurique à chaud et en présence d’uncatalyseur, de l’ensemble des matières oxydables (sels miné-raux oxydables et la majeure partie des matières organiques).

■ Demande totale en oxygène (DTO) : mesure de la consomma-


Il n’est pas besoin, en effet, de beaucoup de moyens financiers nitechniques pour mettre en œuvre quelques-unes des méthodes sui-vantes d’économie d’eau :

— mise en place de vannes automatiques, coupant l’eau quand lamachine est à l’arrêt, et de voyants lumineux indiquant les vannesouvertes ;

— pose de compteurs généraux et divisionnaires et équipementdes tuyaux de lavage de vannes-pistolets à fermeture automatique ;

— généralisation du rinçage à contre-courant, qui consiste à faireprogresser l’eau en sens inverse du produit à rincer ;

corrosion, entartrage, salissures biologiques) ;— la référence à des situations déjà rencontrées dans l’usine ; par

exemple, les observations faites en période de restriction d’eau oula référence à des situations rencontrées dans d’autres usines met-tant en œuvre les mêmes procédés. Dans ce cas, l’extrapolation nedoit se faire qu’avec beaucoup de prudence.

2.3.2.1 Étude des modifications à apporter aux circuits existants

Les modifications proposées se fixent pour but soit la réductionde la consommation globale en eau, soit la réduction des débitsd’eaux usées à traiter ou de la quantité de pollution qu’elles renfer-ment.

Les études menées dans ce cadre consistent à comparer diffé-rents aménagements possibles des circuits par mise en œuvre d’uti-lisations de l’eau en cascade, de recyclages plus ou moins poussés,de séparation des rejets en fonction de leurs caractéristiques. Cettecomparaison s’effectue en tenant compte non seulement de la loca-lisation et de l’importance des besoins, mais également du coût desmodifications, de leur incidence sur la qualité de l’eau, et de leursrépercussions possibles pouvant conduire à l’intégration de traite-ments et de conditionnements d’eau au niveau même des circuits.

2.3.2.2 Étude de l’intégration de traitements au niveaudes circuits

La nécessité de maintenir en permanence un niveau de qualitéd’eau suffisant pour chaque utilisation pourra conduire à intégrerdes traitements spécifiques dans les circuits lors de leur conception.

On est alors amené à définir et à dimensionner les traitementspossibles, puis à effectuer un choix non seulement sur la base deleur efficacité mais compte tenu de critères spécifiques : automati-cité, sécurité, fiabilité, faible encombrement, adaptation aux condi-tions locales diverses.

Il est en outre parfois nécessaire d’ajouter aux eaux en circulationdes réactifs chimiques destinés à lutter contre :

— l’entartrage ;— la corrosion ;— les salissures biologiques ;— le dépôt de matières en suspension.

L’importance de ces phénomènes est accrue d’une façon généralepar l’accroissement de la concentration de l’eau en éléments divers,dissous ou insolubles, ainsi que par l’élévation de température quirésultent généralement de la réduction des consommations d’eau.

tion d’oxygène (exprimée en mgO2/L) par une techniqueinstrumentale qui réalise l’oxydation directe des matières orga-niques par une combustion catalytique à 900 oC.

■ Demande biochimique en oxygène (DBO5) : quantité d’oxy-gène consommée (exprimée en mgO2/L) dans les conditionsd’essai (incubation à 20 oC et à l’obscurité après un laps detemps de 5 jours) pour assurer par voie bactérienne l’oxydationbiologique des matières organiques dites biodégradables.

■ Azote global (NGl) : quantité (exprimée en mgN/L) qui corres-pond à l’azote organique et ammoniacal et aux formes oxydéesde l’azote (nitrites et nitrates).

■ Azote Kjeldahl (NTK) : quantité (exprimée en mgN/L) corres-pondant aux formes réduites de l’azote (azote ammoniacal etazote organique).

■ Phosphore total (PT) : quantité (exprimée en mgP/L) qui cor-respond à la somme du phosphore contenu dans les orthophos-phates, les polyphosphates et les phosphates organiques.

■ Ces principaux critères peuvent être appliqués aux bouesrésiduaires (suspensions concentrées de matières solides).

● Pour ne pas confondre avec les MEST des effluents, on défi-nit par MST les particules solides totales (exprimées en mg/L)contenues dans les boues résiduaires ou dans une biomasseépuratrice.

Une calcination à 550 oC permet de définir l’importance rela-tive de la fraction minérale (MM) et organique (MVS : matièresvolatiles solides) des boues.

● NGl, PT et NTK ont la même définition mais en considérantles boues et non pas les effluents.


Le conditionnement nécessaire peut alors être défini soit directe-ment en tenant compte de l’expérience acquise, soit après évalua-tion expérimentale à partir de mesures effectuées en laboratoire oud’essais réalisés sur circuits pilotes.

■ Choix définitif d’une conception de circuit

Après avoir déterminé, en fonction des critères précédemmentdécrits, les combinaisons de circuits possibles (besoins qualitatifs etquantitatifs pour chaque poste, débits disponibles aux différentsniveaux, intérêt de traitements intégrés ou de conditionnements), ilconvient de faire un choix de modification des circuits ou concep-tion de nouveaux circuits à partir d’une optimisation économiquetenant compte des conditions locales et de l’incidence :

— du coût et de la disponibilité de l’eau d’alimentation ;— du coût de l’investissement (modification des circuits, implan-

tation de pompes de reprise, de capacités de stockage, etc.) ;— du coût du traitement final des rejets (fonction de leur débit et

de la quantité de pollution à éliminer) et, dans la mesure du possi-ble, de leur incidence sur l’environnement ;

— des coûts d’exploitation divers (notamment de celui de l’éner-gie nécessaire pour le pompage de l’eau d’alimentation et des eauxrecyclées, et éventuellement celui des réactifs de conditionnement).

2.4.1 Limitation de la pollution par récupération des matières premières, déchetset sous-produits

Résoudre de façon rationnelle un problème de pollution consiste,d’abord, à tout mettre en œuvre pour permettre la récupération decertaines matières très polluantes, afin de réduire les coûts d’inves-tissement et les frais d’exploitation de la future station d’épuration,et de parfaire la qualité des eaux à épurer, tout en assurant dansbeaucoup de cas un revenu supplémentaire parfois appréciable àl’usine intéressée.

Il n’est évidemment pas possible d’effectuer la récupération desmatières très polluantes sur l’effluent général, au sein duquel ellessont trop diluées : cette opération doit être envisagée dans l’atelierqui produit les eaux résiduaires. Cela oblige l’industriel à reconsidé-rer la question de l’eau et de sa pollution, donc à faire un effort auniveau de sa fabrication et plus particulièrement des machines.

Des résultats spectaculaires de réduction de pollution peuventêtre obtenus par des mesures simples consistant souvent essentiel-lement en une préparation psychologique du personnel exécutant etune remise en cause de certaines conditions de travail. Au niveaudes ateliers, toutes les précautions doivent être prises pour assurerla récupération des matières à l’état sec et sous forme concentrée,


2.4 Réduction de la pollution à la source. Technologies propres

L’eau est un énorme facteur de dilution qui cache bien souventl’importance absolue des rejets.

On peut estimer, grossièrement, que le coût de l’épuration estsensiblement proportionnel à la charge de pollution de l’effluentindustriel autrement dit, du volume d’effluent et de la quantité deproduits polluants présents dans les eaux résiduaires. Par ailleurs, ilne faut pas perdre de vue que la pollution industrielle est, pourl’essentiel, constituée par les pertes diverses qui se produisent toutau long des processus de fabrication.

Il existe une manière intelligente de lutter contre la pollution aumoindre coût qui consiste évidemment à éviter de produire de lapollution pour ne pas avoir à la détruire ensuite. Elle consiste à met-tre en œuvre ce que l’on rassemble généralement sous le titre detechnologies propres [1]. Ces technologies ne peuvent faire l’objetd’une définition technique simple, tant sont diverses les opérationsindustrielles qu’elles recouvrent, la seule définition possible estd’ordre économique.

La diversité des réalités pratiques, que recouvre l’expression tech-nologies propres, est telle qu’une classification en plusieurs caté-gories s’impose. Une technologie propre est rarement unetransformation miraculeuse d’un procédé industriel qui va suppri-mer d’un coup toute la pollution de l’usine. Dans la majorité des cas,il s’agit de techniques propres. Elles résultent d’interventions diver-ses et multiples, qui par un aménagement soit du procédé de fabri-cation, soit de ses conditions de mise en œuvre, contribuent à laréduction de la production polluante.

Enfin, plus rares et plus spectaculaires sont les procédés propresdans lesquels la logique de la production est radicalement changéeavec un bénéfice important pour l’environnement.

Nous examinerons ci-après les diverses procédures assurant uneréduction plus ou moins importante de la pollution.

car il est évidemment plus facile d’empêcher les produits de semélanger à l’eau que d’extraire ces derniers d’une eau résiduaire.

Il est maintenant tout à fait commun (et c’est heureux) de considé-rer que certaines fabrications exigent l’installation contiguë et systé-matique d’une station de récupération ou d’extraction. C’est le casnotamment dans l’industrie agroalimentaire où la récupération dusérum, dans les grandes fromageries, permet la fabrication de levu-res ou d’aliments pour le bétail après concentration.

Dans l’industrie de la bière, la récupération maximale de sous-produits (drèches, levures, kieselguhr) à l’état sec permet de réduire,d’environ 50 %, la pollution organique exprimée en DCO et DBO5 etde 85 % la pollution physique sous forme de matières en suspen-sion.

Mais c’est le cas aussi dans bon nombre d’autres industries : lesindustries de décapage sulfurique souvent équipées d’une sulfaterieannexe ; les usines de pâte à papier, dont les liqueurs noires concen-trées subissent une régénération par combustion en vue du recy-clage des matières premières minérales récupérées ; les sucreries,pour lesquelles, par exemple, l’installation de séparateurs à radicel-les a permis de réduire la pollution des effluents, tout en récupérantprès de 5 % de la masse des betteraves entrant en fabrication.

On objectera souvent que les extractions et récupérations sontlongues ou délicates et exigent des investissements coûteux. Deplus, l’industriel n’est pas toujours assuré de trouver le débouchédes sous-produits ainsi extraits. Mais, et nous insistons sur ce point,même si la valorisation des sous-produits reste douteuse, elle est ànotre connaissance, dans la plupart des cas, finalement meilleurmarché que l’épuration proprement dite qui, par définition, est unetechnique de destruction ou de séparation, sous forme insoluble,des produits de pollution.

Entre deux maux, il faut choisir le moindre ; la séparation enamont de la station d’épuration de la production « polluante »s’avère d’une manière générale moins onéreuse et présente l’inté-rêt, si elle a un caractère toxique, de faciliter l’épuration ultérieure del’ensemble des eaux résiduaires.

2.4.2 Techniques propres

La technique propre par définition ne modifie pas la nature mêmedu procédé industriel, mais l’améliore dans un sens moins polluant,sans que sa mise en œuvre soit irréversible. Elle consiste à apporterdes modifications, des aménagements ou des compléments à un

Une technologie propre est une manière moins polluante deproduire que celle qu’elle remplace et qui entraîne, à unmoment donné, soit des économies, soit des frais de fonction-nement inférieurs à ceux qu’engendrent une station d’épurationpour éliminer la même pollution.


procédé de fabrication, susceptibles de réduire l’impact de la pollu-tion en procédant par exemple :

— au remplacement de produits trop polluants par d’autres qui lesont moins ;

— au perfectionnement de certains matériels au niveau du pro-cédé industriel afin de permettre une meilleure séparation et, éven-tuellement, une réutilisation en fabrication ou à l’extérieur del’entreprise des matières premières ou sous-produits autrefoisperdus ;

— enfin à l’optimisation de l’utilisation de l’eau par le passage encircuit fermé intégral d’un atelier.

Nous citerons ci-après, à titre indicatif, quelques exemples.

■ Mise en circuit fermé

Le recyclage, d’abord imposé en réfrigération pour diminuer lesconsommations d’eau, s’est largement développé dans le but de per-mettre une meilleure maîtrise des rejets polluants. Il a été très utiliséen sidérurgie (consommations de 200 m3 par tonne d’acier, rame-nées à des appoints de 5 m3 par tonne) et également dans les papete-ries et les cartonneries (réduction de 50 à 100 m3/t à moins de 5 m3/tde produit fini). Cette procédure est envisageable essentiellementlorsque la pollution principale est insoluble et éliminable par un pro-cédé physico-chimique simple situé sur le circuit ou en dérivation.

■ Utilisation dans le procédé de formulations moins polluantes

● Dans l’industrie chimique

La récupération, par distillation, de la guanidine et de bon nombrede solvants.

2.4.3 Mise en œuvre de procédés propres

Sous cette appellation, sont regroupées les opérations où inter-vient une modification radicale du procédé de fabrication avec, pourconséquence particulière, une réduction sensible de la pollutionrejetée. Il n’y a donc pas action de dépollution, même liée à la pro-duction, mais procédé de fabrication différent et moins polluant.

Un procédé propre implique qu’il n’y ait aucune possibilité techni-que de revenir à la situation antérieure pour polluer comme avanttout en produisant normalement. La contrainte technique est lagarantie absolue de la limitation définitive de la pollution.

On tend de plus en plus vers une insertion du traitement deseffluents dans les procédés de fabrication.

Le traitement des eaux résiduaires devra intervenir au niveaude la conception des procédés ; il doit être considéré dorénavantcomme faisant partie intégrante de ces derniers.


● Dans l’industrie textile, on a pu montrer, si l’on considère lespertes en colorants, que l’utilisation de certaines classes de colo-rants (pigmentaires) présentait un intérêt certain par opposition auxcolorants réactifs. Il semblerait, dans un même ordre d’idées,qu’une bonne utilisation de certains colorants (comme les colorantsà mordants) doive permettre de diminuer considérablement la perteen chrome hexavalent par une meilleure fixation sur la laine, obte-nue à pH convenable (de l’ordre de 3,5).

Par ailleurs, des études sont en cours pour trouver des produitsd’encollage moins polluants que ceux à base de fécule et des subs-tituts au savon pour l’opération de savonnage.

● En tannerie, le changement des bains de pelanage sulfurés,particulièrement toxiques, par des bains contenant un réducteurorganique (amines probablement) a été étudié et a permis deconstater que ces réactifs n’avaient aucune incidence fâcheuse surla qualité du cuir produit. L’adoption de ces bains nécessitait cepen-dant le remplacement de certains matériels, notamment des cou-dreuses (cuves à ciel ouvert) par des foulons (cuves fermées) et leperfectionnement de certains traitements mécaniques, comme lamise en place d’un épilage très poussé.

■ Séparation de composés (matières premières ou sous-produits)en vue d’une éventuelle réutilisation interne ou externe àl’entreprise

On trouve de nombreuses applications de cette catégorie de tech-nique propre.

● Dans l’industrie agroalimentaire

On assure la séparation puis la valorisation :— du sang, des graisses et des protéines des abattoirs ;— des huiles des raffineries alimentaires et issues de la fabrica-

tion de la margarine ;— de la gélatine dans les usines de traitement de déchets

animaux ;— de l’amidon provenant de la fabrication de pommes de terre

frites, etc.● Dans l’industrie du papier et du carton

La récupération des boues de décantation avec réintégration dansle procédé de fabrication.

● Dans les ateliers de décapage et de traitement de surface :

— la régénération de l’acide chlorhydrique utilisé dans le déca-page de l’acier ;

— la séparation, par fixation sur résines, du chrome provenantdes bains de passivation chromique.

Les procédés propres ainsi définis sont assez rares et leur mise enœuvre doit faire l’objet d’études approfondies.

Il s’agit, en général, de modifications de procédés de fabricationréalisées par un industriel pour un ensemble de raisons (rentabilité,énergie, main-d’œuvre) où la lutte contre la pollution n’est pas tou-jours la plus importante mais peut jouer un rôle déterminant [1] [4].

Nous prendrons trois exemples différents de procédés proprespour illustrer nos propos.

■ Dans l’industrie chimique

● Cas de la neutralisation par voie sèche des alkylats dans lafabrication du styrène (Usine CdF Chimie, Saint-Avold).

La synthèse du styrène est réalisée en deux étapes. L’alkylation dubenzène en phase liquide, avec de l’éthylène en présence de trichlo-rure d’aluminium (catalyseur), aboutit à la production d’éthylben-zène qui ensuite subit une déshydrogénation catalytique en phasevapeur pour donner le styrène.

Dans l’ancien procédé de fabrication schématisé par la figure 1a,la neutralisation des alkylats produit des rejets huileux polluants(chargés en hydrocarbures, en hydroxydes d’aluminium, etc.) traitésdans une station physico-chimique (floculation-décantation et strip-page).

La réalisation du nouveau procédé de purification par voie sèchedes alkylats schématisé par la figure 1b a permis de supprimer tota-lement les rejets polluants et de valoriser les sels récupérés.

● On peut également citer des cas similaires de suppressiond’effluent ou de rejet par la création de procédés nouveaux « à sec »dans l’industrie du traitement de surface :

— remplacement du chromage par une nitruration ionique àchaud ;

— remplacement du cadmiage par une application d’aluminiumen vapeur ionisée.

■ Dans l’industrie de traitement de surface

Cas du décapage chimique des bandes d’acier inoxydable (usinedes Forges de Gueugnon).

Dans l’ancien procédé, le décapage chimique est réalisé autrempé, par un défilement continu des bandes en acier inoxydabledans des bains fluonitriques chauffés entre 45 et 50 oC. Les bainsusés et les eaux de rinçage renferment des nitrates, des fluorures etdes éléments métalliques ; leur dépollution par pyrolise entraînedes coûts importants (figure 2a).


Ammoniac

ÉthylèneÉthylbenzène

Benzène

RéacteurNeutralisation Lavage Lavage Lavage

CatalyseursChlorure d'éthylène

Trichlorure d'aluminium

Eau Soude Eau

Important effluent chargéd'hydrocarbures de chlorured'ammonium et hydroxyde

d'aluminiumTraitement parfloculation et

strippage

Boues incinérésGaz

Rejet dans La Merlea procédé ancien

Hydrocarbures,sels

Ammoniac


Dans le nouveau procédé UGP3, l’eau oxygénée est substituée àl’acide nitrique et est ajoutée en continu au bain fluorhydrique. Leprocédé conduit à la précipitation des fluorures métalliques, séparéssous forme de boues, les bains usés sont régénérés et réutilisésdans les bains neufs (figure 2b).

■ Dans l’industrie agroalimentaire

Cas de la fabrication de levure (usine de la société industrielle delevure FALA à Strasbourg).

La production de levure à partir de mélasses de sucrerie, selon leprocédé ancien (figure 3a) s’accompagne de rejets très chargés enmatières oxydables dont la dépollution est assurée, après neutrali-sation, par une station d’épuration biologique classique.

Dans le nouveau procédé propre mis en œuvre (figure 3b), onprocède à la récupération des sels minéraux et des protéines desrejets, en réalisant une évaporation du moût délevuré et des rejetsconcentrés issus des lavages de la levure, puis une cristallisation duconcentrat à 75 % d’extrait sec.

Les produits récupérés sont valorisés comme engrais et alimentspour bétail.

Le nouveau procédé permet par tonne de mélasse traitée :— une réduction de la pollution émise par l’usine de 180 à 800 kg

DCO/t ;— une valorisation de 66 kg/t d’extrait potassique et de 260 kg/t

d’extrait protéique.

Figure 1 – Fabrication du styrène (Usine CdF chimie, Saint-Avold)

b procédé propre

Éthylène

Benzène

RéacteurNeutralisation

1) Floculation2) Décantation

Sécheurssous vide

Centrifugeuse

Catalyseurs

Vers fabricationdu styrène

Produits pulvérulents(NH3,NH4Cl,AlCl3...)

Éthylbenzène

Figure 2 – Décapage chimique des bandes d’acier inoxydable

a ancien procédé

b nouveau procédé

Décapagechimique

(HF + HNO3)

Appoint pourbain neuf(HNO3)

H2O2

Vapeurs nitreusesvers atmosphère

Pyrolise

Décapagechimique

(HF + H2O2)Précipitation

Bains uséset eaux de

rinçage

Bainsneufs

Stérilesvers

décharges

Bainsusés

HF


a ancien procédé

Cuve defermentation

SéparateurLaveur

Moût délevuré(5% d'extrait sec)

Mélasse

Eau distillée

EnsemencementLevure Levure propre

Eaux de lavage

Eau

Eau

Traitement biologique

BouesEauxusées

Mélasse

Moût levuré


2.5 Restructuration du réseau d’assainissement

Si l’on peut prétendre qu’il y a autant d’eaux résiduaires que deproduits fabriqués, il n’en demeure pas moins que l’on se trouvetoujours, heureusement, en présence d’un certain nombre de typesd’eaux résiduaires renfermant une pollution dissoute ou sous formed’insolubles à caractère organique, minéral, éventuellement toxi-que, et les procédés de traitement susceptibles d’être mis en œuvres’appliquent chacun à un type bien défini. Par suite, il est indispen-sable de diviser les eaux résiduaires en un certain nombre de caté-gories justiciables, chacune, d’un traitement approprié.

D’où l’idée de la séparation des circuits qui s’avère absolumentindispensable dans la mesure où elle est la condition sine qua nonde toute épuration efficace. On ne saurait trop insister sur ce point,

car la tendance, pendant très longtemps, a été de construire unégout dans lequel on envoyait toutes les eaux résiduaires. Onaboutissait ainsi à un mélange hétérogène, pour lequel il était diffi-cile, voire impossible, de concevoir un schéma de traitement ra-tionnel, fiable et économique.

La séparation des circuits consiste à définir plusieurs circuitsd’évacuation d’eaux résiduaires industrielles, de la même façon quel’on a, dans les usines, plusieurs circuits d’alimentation en eau : eauadoucie, eau de rivière filtrée, eau potable.

On peut concevoir par exemple :— un circuit d’eau de pluie, qui pourrait recevoir les eaux de

refroidissement (non recyclées), l’ensemble de ces eaux peu pol-luées étant évacué vers le milieu naturel sans traitement particulier ;

— un circuit d’eaux-vannes, dans lequel viendraient se déverserles eaux résiduaires organiques biodégradables qui pourront êtretraitées dans une station d’épuration biologique ;

Figure 3 – Production de levure à partir de mélasses de sucrerie

b procédé propre

Levure propre

Eau

Eau propre

Cuve defermentation

SéparateurLaveur

Évaporateur Condenseur

Moût levuré

Eau distillée

EnsemencementLevure

Eau propre

CristallisationCentrifugation

Rejetsdilués

Rejets concentrés

Sulfate de potassium (engrais)

Concentré protéique (alimentation animale)

Sulfate d'ammonium

...........

Égout

Vapeur d'eau

Moût délevuré(5% d'extrait sec)

Moût à75% d'extrait sec


— un circuit d’eaux résiduaires industrielles, pouvant comporterlui-même, selon les cas, des sous-circuits aboutissant chacun à untraitement approprié. Tel est le cas des effluents à caractère toxiquedes ateliers de galvanoplastie, pour lesquels il convient de prévoirun réseau d’évacuation pour les eaux acides ou alcalines, pour leseaux chromées, pour les eaux cyanurées, etc.

Cela exige évidemment une certaine éducation des responsablesd’ateliers, qui doivent veiller à ce que les différentes eaux soientenvoyées dans les seuls égouts prévus à cet effet.

On objectera évidemment bien souvent le cas des usines ancien-nes, où la séparation est beaucoup plus difficile à réaliser que dansles usines de conception récente et laisse prévoir des travaux trèscoûteux d’aménagement des ateliers.

Nous dirons seulement que c’est un mauvais service à rendre auxindustriels que d’accepter le rejet tel quel, et qu’il est de loin préfé-rable de modifier le mode de rejet que de construire une station pra-tiquement inexploitable.

2.6 Avant-projet définissant le schéma directeur d’assainissement

Séparation et restructuration des circuits, réduction des débits,récupération et extraction de sous-produits, mise en œuvre de tech-

toujours à la conception d’une chaîne de traitement qui devra êtresuffisamment souple pour permettre des aménagements ultérieurstenant compte de l’évolution rapide des techniques d’épuration.

Enfin, tout traitement d’eau pose le problème des boues issues del’épuration, problème essentiel et délicat qu’il convient d’examineren profondeur et de façon réaliste sur les plans technique et écono-mique, ainsi que dans ses répercussions sur l’environnement.

Le traitement et l’élimination finale des boues occupe une placede plus en plus importante dans l’ensemble d’une station d’épura-tion et conditionne, dans bien des cas, le choix de la solution de trai-tement des effluents.

3.1 Méthodologie utilisée pour la définition des filières de traitement des eaux usées et des boues

La méthodologie suivie à cet effet [2] consiste :— à définir, chaque fois que nécessaire, les filières de traitement

pouvant être envisagées, par la réalisation, d’une part, au niveau dulaboratoire, d’essais permettant d’effectuer des choix rapides grâceà la mise en œuvre en parallèle d’un nombre élevé d’installationspilotes, d’autre part, sur le site lui-même, d’essais en installations


nologies propres, autant de problèmes soulevés par la dépollutiondes effluents résiduaires industriels, avant même que ne commencele travail proprement dit, qui consiste à faire l’analyse, sur un planaussi bien technique qu’économique, des différentes solutions detraitement envisageables en vue du choix du schéma d’épurationsusceptible de restituer un effluent traité satisfaisant aux normes derejet prévues par la législation.

Toute étude-diagnostic de pollution doit donc obligatoirementaboutir à l’élaboration d’un dossier d’avant-projet sommaire défi-nissant le schéma directeur d’assainissement le plus approprié pourassurer une collecte et une évacuation rationnelle de la productionpolluante.

Le schéma sera élaboré sur la base :— des données fournies par l’enquête et le bilan quantitatif de la

pollution émise par l’usine ;— de l’examen technico-économique des possibilités de restruc-

turation des circuits d’eau et de réduction de la pollution à la source,en vue d’abaisser les débits et les flux polluants à traiter ;

— enfin, de l’analyse des modes de regroupements des rejets(séparation des réseaux) et des prétraitements éventuels (homogé-néisation ou détoxication des effluents par exemple) à mettre enœuvre pour permettre une épuration rationnelle, fiable et économi-que des eaux résiduaires rejetées par l’usine.

3. Étude du schéma de traitement des eaux résiduaires

Elle consiste à déterminer le schéma global d’épuration le mieuxadapté pour les effluents résiduaires d’une usine, en procédant àune comparaison technico-économique des diverses solutions envi-sageables pour le traitement des eaux résiduaires et des bouesissues de l’épuration, en tenant compte :

— de leurs performances épuratoires ;— des coûts d’investissement et des frais d’exploitation ;— des contraintes pour l’environnement.

Il est important de rappeler que l’hétérogénéité de compositiondes effluents industriels renfermant des polluants aussi bien miné-raux qu’organiques, qui sont par ailleurs présents généralementsous les trois formes : soluble, colloïdale et en suspension, conduit

pilotes industrielles, pour tester un nombre limité de filières définiesà partir des essais précédents ;

— à suivre une démarche absolument identique en ce quiconcerne les boues résiduaires produites, puis à définir leurs possi-bilités d’élimination (évaluation des risques potentiels de mise endécharge ou d’utilisation agricole, étude des possibilités d’incinéra-tion ou de valorisation) ;

— à regrouper l’ensemble des résultats obtenus pour permettred’optimiser l’ensemble collecte des effluents – traitement de ceseffluents – élimination des boues et déchets à partir de la connais-sance des relations qui existent entre le dimensionnement desouvrages constitutifs et leurs performances. Cette démarche permetde ne pas rigidifier, sur le plan technologique, le ou les procédésavant leur évaluation et leur optimisation technico-économiqueultérieure.

3.2 Méthodes et matériels d’évaluation

Le lecteur pourra se reporter aux articles Inventaire des traite-ments d’eaux résiduaires [J 3 940], [6] et Traitements biologiquesdes eaux résiduaires [J 3 942], [7].

Il nous paraît utile d’insister sur les méthodes d’évaluation et lesmatériels utilisés pour la réalisation des essais nécessaires à la défi-nition et à la comparaison des filières de traitement des eaux uséeset des boues. Nous nous limitons au cas des techniques les plusclassiques, tout en rappelant la possibilité d’utiliser des techniquesoriginales pour la résolution de problèmes particuliers. Les essaisdécrits ici sont ceux couramment mis en œuvre pour la résolutiondes problèmes de pollution industrielle.

3.2.1 Essais de laboratoireet en petite installation pilote

3.2.1.1 Protocole expérimental pour l’épurationdes effluents par voie biologique

3.2.1.1.1 Traitements biologiques aérobies

■ Détermination de la biodégradabilité des effluents

L’examen du rapport DCO/DBO5 fournit des indications utiles surles possibilités de biodégradation des effluents. Pour avoir une idéeplus précise concernant notamment la cinétique de la biodégrada-tion, on aura recours à des essais « batch » et à la méthode mano-métrique de Warburg.


● Essais « batch » : effectués en discontinu, ils consistent à main-tenir en aération, dans des verres à pied ou des bechers, l’effluentindustriel, éventuellement neutralisé, mis en contact avec des bacté-ries banales adaptées à la biodégradation d’effluents domestiques(boues activées prélevées en station d’épuration urbaine) ou desbactéries acclimatées progressivement à la nature particulière desrejets (boues activées prélevées dans une installation pilote acclima-tée à l’effluent étudié). On suivra, en fonction du temps, la réductionprogressive de la pollution exprimée en DCO ou DBO5, cette mesures’effectuant sur l’eau interstitielle, c’est-à-dire sur une aliquote deliqueur mixte eau-boue biologique filtrée.

● Méthode manométrique de Warburg : elle permet d’établir lacourbe de consommation d’oxygène en fonction du temps et demettre en évidence, par rapport à un témoin, une inhibition due à untoxique ou à une carence en éléments indispensables. Rappelonsque de par son principe, cette méthode permet la mesure des échan-ges gazeux, lors de l’étude de réactions chimiques ou biologiques,par la détermination, à température et volume constants, de la pres-sion partielle d’un gaz dégagé ou consommé pendant un tempsdonné de la réaction en étude, dû à la dégradation, par des bactériesaérobies, de la pollution organique de l’effluent considéré.

■ Évaluation des effets toxiques ou inhibiteurs éventuelsdes effluents

On peut utiliser une méthode d’évaluation plus pratique que celle

L’évolution et l’acclimatation de la microflore épuratrice sont sui-vies par l’étude de l’évolution des caractères biochimiques (activitésenzymatiques, hydrolytiques et d’oxydo-réduction), par l’observa-tion microscopique de la microfaune associée (protozoaires, méta-zoaire, etc.) et enfin par le suivi des grandeurs classiques de contrôlede l’épuration (indice de Mohlman, DCO, DBO5 et MEST deseffluents, brut et traité permettant l’évaluation des rendementsd’épuration).

Après atteinte de l’état d’équilibre, les résultats d’exploitation deces installations pilotes permettent d’estimer l’influence, sur les per-formances épuratoires, des paramètres de fonctionnement : char-ges volumiques et massiques appliquées, durées de rétention deseffluents en aération, taux de recyclage, etc., et de sélectionner ainsirapidement les conditions de marche les plus intéressantes, quiseront testées en installations pilotes semi-industrielles.

Parallèlement à l’étude des performances d’épuration en fonctiondes conditions opératoires, les installations pilotes fournissent de laboue acclimatée dans diverses conditions de charge, qui est utiliséepour la réalisation d’essais respirométriques permettant de détermi-ner, pour chaque charge étudiée, les coefficients respirométriquesintervenant dans le calcul des besoins en oxygène et de la produc-tion de biomasse en excès.

3.2.1.1.2 Traitements biologiques anaérobies


de Warburg et aussi plus générale, puisqu’elle est également appli-cable à l’étude de la toxicité vis-à-vis de la microflore anaérobie. Elleconsiste à déterminer l’impact du rejet ou du produit étudié sur laconcentration en adénosine triphosphate (ATP) d’une masse biolo-gique (boues activées par exemple) considérée. Elle met à profit lefait que l’ATP est un constituant universel des cellules vivantes (c’estsous cette forme que se trouve stockée l’énergie au niveau intracel-lulaire), qui en contiennent une quantité sensiblement constante, sibien qu’une mesure d’ATP permet d’apprécier la biomasse viable etactive ; en effet dans les cellules mortes, l’ATP se trouve presqueinstantanément hydrolysé. Chaque essai consiste à déterminerl’évolution de l’ATP au cours du temps, consécutivement à l’additiondu rejet étudié à concentration déterminée. Les courbes représenta-tives des résultats permettent de mettre en évidence des phénomè-nes d’inhibition temporaire ou définitive, et de déterminer lesdomaines de concentration auxquels ils se manifestent.

Cette méthode d’évaluation s’avère particulièrement intéressantepour la détermination des possibilités de traitement mixted’effluents urbains et industriels, dans la mesure où elle permetl’étude des critères de compatibilité des rejets industriels vis-à-visde l’épuration biologique.

■ Estimation des performances épuratoires pouvant être obtenuespar un traitement biologique des effluents

L’évaluation des performances d’épuration possibles par les trai-tements biologiques aérobies, en fonction des paramètres opératoi-res, notamment des charges appliquées, s’effectue à partir d’essaisdynamiques entrepris à l’échelle de petits pilotes de laboratoire.

Pour l’épuration par boues activées, chaque installation comporteun bassin à boues activées avec aération par insufflation d’aircomprimé (capacité 10, 20, 50 L), un clarificateur raclé de 10 à 20 L,une alimentation en effluent et un recyclage de boues activées, àl’aide de pompes péristaltiques à débit variable.

Les pilotes de laboratoire du procédé par lit bactérien comportentchacun un élément de garnissage plastique de 3 m de hauteur et de10 cm de diamètre, un décanteur, une alimentation et un recyclageindépendants assurés par deux pompes à débit réglable.

Toutes ces installations sont alimentées à débit constant, à l’aided’effluents représentatifs ramenés au laboratoire et stockés encuves réfrigérées de grand volume pour éviter leur évolution.

La mise en œuvre d’un nombre élevé de telles installations dyna-miques, fonctionnant en continu, permet d’étudier les conditionsd’acclimatation en fonction des paramètres opératoires : débits,durées de rétention, charges massiques et volumiques appliquées.

Une procédure similaire à la précédente est utilisée pour l’étudedu traitement biologique anaérobie d’effluents industriels, en parti-culier d’effluents très concentrés. Seules diffèrent la conception desinstallations pilotes (fermenteurs agités de 10 L à température régla-ble) et les méthodes de contrôle : mesure du débit et analyse desgaz de fermentation, contrôle des conditions de pH et d’oxydo-réduction, contrôle des produits intermédiaires de la dégradation(acides volatils), soit globalement par la méthode potentiométrique,soit individuellement par chromatographie en phase gazeuse avecdétection par ionisation de flamme.

3.2.1.2 Protocole d’évaluation des traitements physico-chimiques des effluents

L’élimination des substances en solution ou en suspension, nonbiodégradables ou toxiques, nécessite la mise en œuvre de traite-ments physico-chimiques selon des procédés divers.

Nous allons examiner comment on réalise l’approche de cesdivers traitements au stade du laboratoire.

3.2.1.2.1 Procédés d’élimination des matières en suspensionet des insolubles liquides

■ Coagulation-floculation. Méthodes d’évaluation du conditionne-ment chimique à appliquer. Détermination des dosages

La séparation de la pollution particulaire finement dispersée ou àl’état colloïdal implique la rupture de la stabilité colloïdale de la sus-pension aqueuse par l’intermédiaire de réactifs chimiques : selsmétalliques à base de fer et d’aluminium (coagulants) et de polymè-res organiques de synthèse (floculants).

Pour procéder au choix du conditionnement à appliquer et fixercorrectement les doses de réactifs nécessaires au traitement, on agénéralement recours aux essais traditionnels type Jar-test, consis-tant à introduire, dans des floculateurs renfermant les effluents,divers types de réactifs en quantité variable et à juger la qualité de lafloculation selon certains critères tels que la dimension des flocs etleur plus ou moins bonne décantabilité, l’aspect du surnageant con-trôlé par des mesures de turbidité et surtout la réduction de la pollu-tion exprimée en MEST, DCO et DBO5, évaluée sur l’eau décantéeaprès 30 min et 2 h.

On peut aussi utiliser avec succès une technique d’électrophorèse(emploi du Zêta-Meter), qui permet de suivre l’évolution progres-sive du potentiel Zêta des particules en fonction d’un dosage crois-sant en réactifs introduits dans le milieu réactionnel. La coagulationse produisant théoriquement lorsqu’on atteint le point isoélectrique,


on peut procéder ainsi très aisément au choix du réactif et définirrigoureusement son dosage.

■ Séparation par décantation et flottation

Les essais de faisabilité réalisés en laboratoire permettront d’éva-luer l’intérêt d’assurer une clarification des effluents par décantationou flottation en donnant par ailleurs une bonne idée de la qualité del’effluent traité.

Le dimensionnement des appareillages industriels et la détermi-nation précise des paramètres de fonctionnement impliquent parcontre, obligatoirement, des essais dynamiques en pilotes semi-industriels.

3.2.1.2.2 Procédés d’élimination des matières en solution

■ Traitements de neutralisation, d’oxydo-réduction et précipitation

Ils sont étudiés en laboratoire par le tracé automatique des cour-bes de titrage, qui révèlent l’évolution des équilibres physico-chimiques. Le contrôle des vitesses de titrage permet en outred’apprécier la cinétique des réactions. L’influence de facteurs telsque les durées de rétention, les cinétiques de précipitation, d’oxyda-tion ou de réduction, qui présentent une grande importance prati-que, est étudiée en petites installations pilotes continues (réacteurshomogènes ou écoulement en flux piston).

■ Adsorption sur charbon actif

■ Enfin pour guider le choix entre les diverses possibilités d’élimi-nation des boues (valorisation agricole ou autre, mise en décharge,incinération), il conviendra évidemment de tenir compte des carac-téristiques des boues mais aussi d’impératifs technico-économi-ques (économie d’énergie, fiabilité de la chaîne de traitement,facilité et souplesse d’exploitation) tout en ne négligeant pas pourautant les raisons écologiques, réglementaires et même psychologi-ques qui peuvent faire abandonner un schéma d’élimination desboues même s’il est possible sur le plan technique et économique.

Des études souvent approfondies sont nécessaires pour appré-hender le problème très épineux que constitue les boues des sta-tions d’épuration industrielles.

3.2.2 Essais en installations pilotessemi-industrielles

Si bien menée soit-elle, l’étude en laboratoire ne peut être consi-dérée, dans la majorité des cas, que comme une étape préliminairepermettant de définir des orientations et d’alléger le programmeexpérimental devant être menée à plus grande échelle pour permet-tre une extrapolation sûre des résultats et la définition des paramè-tres opérationnels des installations industrielles.

L’installation, sur le site même de l’usine, de pilotes d’échelle suf-fisante, pouvant traiter plusieurs centaines de litres ou plusieurs


Une première estimation des pourcentages d’épuration, des vites-ses et des capacités d’adsorption peut être obtenue au laboratoire,en mettant en contact des quantités connues de différents types decharbons avec l’effluent à épurer.

Le tracé des isothermes d’adsorption, en fonction des conditionsphysico-chimiques du milieu, permet de faire la sélection des char-bons les plus efficaces.

Des essais dynamiques, réalisés dans des colonnes de hauteurindustrielle et de section fortement réduite, permettent de fairel’étude de la cinétique, des capacités d’adsorption et du déplace-ment des fronts d’adsorption en fonction des vitesses de passage(charges spatiales appliquées), des hauteurs de couche, etc.

■ Traitements sur résines échangeuses d’ions

Les essais de laboratoire doivent être essentiellement dynami-ques (essais en petites colonnes) et aboutir au choix des résines, desvitesses de passage et des hauteurs de couche, et à la déterminationdes capacités de fixation et des modes de régénération.

Les possibilités d’étude ne doivent évidemment pas se limiter auxtechniques conventionnelles ; c’est pourquoi on pourra faire appel,selon les cas, à d’autres procédés tels que le stripping, l’ultrafiltra-tion, l’osmose inverse, l’extraction liquide-liquide, etc.

3.2.1.3 Protocole de définition du schéma de traitementdes boues

Pour pouvoir résoudre convenablement et rationnellement unproblème de boues, il est essentiel de savoir :

— caractériser les boues (composition physico-chimique, étatphysique et structurel) ;

— choisir une filière de traitement selon le type de boue et la des-tination finale possible.

■ Dans le cadre de la réduction des nuisances olfactives des bouesorganiques, les techniques de stabilisation biologique, par voieaérobie ou anaérobie, sont étudiées en appliquant les mêmesméthodes que celles déjà décrites pour le traitement biologique deseffluents. L’évolution quantitative du degré de stabilisation atteintest évaluée à partir de paramètres biochimiques.

■ La détermination des traitements assurant une réduction opti-male du volume des boues s’effectue en utilisant des techniques ori-ginales d’évaluation, par la mesure de paramètres d’aptitudes àl’épaississement gravitaire ou à la flottation, à la filtration (résis-tance spécifique à la filtration, coefficient de compressibilité, siccitélimite...) et à la floculation et à la centrifugation, etc.

mètres cubes, par heure d’effluents ou de boues, permet de prendreen compte des facteurs forcément négligés au niveau des essais delaboratoire.

C’est en particulier le cas pour les variations de débit, de compo-sition, de concentration des effluents au cours du temps qui, en pra-tique, conduisent à exploiter l’installation de traitement dans desconditions de fonctionnement s’écartant sensiblement de l’étatd’équilibre. L’incidence de ces fluctuations peut être mise en évi-dence par les essais pilotes traitant en continu l’effluent tel qu’il estproduit dans l’usine.

Nous recommandons l’utilisation d’installations pilotes deconception modulaire permettant d’associer à volonté les différen-tes opérations unitaires classiques, qu’elles soient physiques, phy-sico-chimiques ou biologiques, pour la réalisation de traitementscomplets (eau et boues) qui tient compte évidemment des premiè-res évaluations dégagées par les essais au stade du laboratoire.

Des schémas de traitement selon différentes configurationsdevront pouvoir être testés, en particulier si des performances épu-ratoires élevées sont exigées et si une certaine compacité des instal-lations est rendue nécessaire par manque de superficies au sol ou sila lutte contre les nuisances olfactives implique le confinement destraitements dans des enceintes hermétiques.

On réalisera alors des essais de traitement en plusieurs étapesmoyennant la mise en œuvre par exemple :

— en amont d’une épuration classique par boues activées, d’untraitement physico-chimique ou d’un prétraitement biologique parlit bactérien ou par méthanisation ;

— en aval de l’installation à boues activées, de traitements d’affi-nage ou de finition par voie biologique (biofiltration-lagunage) ouphysicochimique (filtration tertiaire, adsorption sur charbon actif...).

Les appareils et ouvrages élémentaires correspondant aux diffé-rentes étapes du traitement des eaux (par exemple : floculateurs,réacteurs de neutralisation ou d’oxydo-réduction, appareillages deséparation de phases par décantation ou flottation, bassins d’aéra-tion et clarificateurs, etc.) sont montés sur palettes facilement trans-portables. Il en est de même pour les appareils et machines detraitement des boues.

On doit considérer par ailleurs que, outre le choix définitif de lafilière de traitement le dimensionnement de base des ouvrages, ladétermination des performances épuratoires, la réalisation desessais pilotes à l’échelle semi-industrielle permettent de déceler lesproblèmes d’exploitation possibles et de mettre en évidence la fluc-tuation des performances en fonction de la variabilité des rejets.


4. Prestations d’un bureau d’ingénieur-conseil. Maîtrise d’œuvre

On doit considérer que l’optimisation technico-économique de

— le suivi de l’état d’avancement des travaux avec rédaction etdiffusion des comptes-rendus, suite aux réunions de chantier.

■ Réception des installations de traitement. Dossier des ouvragesexécutés

Le maître d’œuvre (bureau d’étude) aura pour rôle :

— de vérifier que les travaux de procédé et de génie civil sont

tout projet de dépollution industrielle dépend, dans une largeconformes au cahier des charges ;

— de faire contrôler le fonctionnement des installations d’épura-
mesure, de la qualité des investigations préliminaires décrites pré-cédemment, qui doivent être entreprises par un bureau d’étudecompétent expérimenté dans le domaine considéré et, si possible,indépendant des sociétés spécialisées dans la construction des sta-tions d’épuration (traiteurs d’eau).
Ces études pourront être complétées par une véritable missiond’assistance technique à l’ingénierie ou de maîtrise d’œuvre quisera réalisée par le bureau d’étude, conformément aux intérêts dumaître d’ouvrage (l’industriel) soit dans sa totalité, soit avec les ser-vices propres du client pour certaines parties.

Une mission de maîtrise d’œuvre comporte, dans sa globalité,plusieurs étapes successives sommairement évoquées ci-après.

tion (campagne de prélèvement et d’analyses sur au moins unesemaine) pour s’assurer du respect des garanties sur lesperformances ;

— d’établir le dossier de réception avec les observations sinécessaire ;

— enfin, d’assurer la supervision du dossier des ouvrages exé-cutés.

5. Conclusion


■ Établissement du dossier de consultation des entreprises

En vue du lancement du concours (appel d’offre) auprès des diffé-rentes entreprises de traitement d’eau susceptibles de réaliser lesinstallations. Ce dossier comprendra :

— le règlement particulier de l’appel d’offre et l’acte d’engage-ment de l’entreprise consultée ;

— le cahier de clauses techniques particulières, définissant lesdonnées fondamentales du projet (caractéristiques des effluents, lesdébits et flux de pollution avec leurs fluctuations, le schéma d’épu-ration à proposer, les objectifs visés par l’épuration, etc.) ;

— le cahier des clauses administratives particulières, définissantle mode d’établissement des propositions, le mode de passation desmarchés, le planning d’exécutions des travaux, les conditions derèglement, les clauses de pénalité, etc.

■ Assistance marché travaux

Elle concerne le dépouillement des offres, c’est-à-dire l’étudecomparative des propositions sur le plan technique et financier avecharmonisation, si nécessaire, en vue du choix de l’entreprise lau-réate (adjudication des travaux).

■ Contrôle général, suivi des travaux d’équipement et génie civil

Cette phase de la mission comporte :— l’analyse et l’approbation des documents techniques présen-

tés par l’entreprise retenue avec propositions de modification sinécessaire ;

— la surveillance des travaux de génie civil et d’équipement avecl’organisation des réunions de chantier ;

— la vérification des plans et notes de calcul des différentsfournisseurs ;

Nous avons essayé de répondre aussi simplement que possible àla question : « Comment instruire et poser un problème d’eaux rési-duaires industrielles ? ».

Ce qui précède n’a évidemment pas pour but de démontrer que leproblème du traitement des effluents, si complexe, est insoluble. Ilne dissimule pas, par contre, que les investissements nécessitéssont lourds et seront jugés d’autant plus indésirables qu’ils parais-sent improductifs. Il est donc essentiel qu’ils soient réduits au mini-mum, ce qui implique une étude rationnelle préalable.

Nous considérons que la résolution des problèmes de pollutiondes eaux industrielles conduit à intervenir aux différentes étapes,qui sont la génération de la pollution au niveau du procédé indus-triel, la collecte des effluents, leur traitement, l’élimination desdéchets qui en résultent, et que la filière de traitement choisie doitêtre le résultat d’une optimisation technico-économique de l’ensem-ble collecte-traitement-élimination des boues et déchets.

Cette opération n’est rendue possible que par la réalisation d’étu-des sérieuses portant sur ces différentes étapes et réalisées à l’aided’un équipement adapté par un bureau d’étude compétent et expé-rimenté pour avoir mené de nombreuses études dans le secteurindustriel concerné.

On peut attendre d’une telle démarche, outre une minimisationdes coûts d’investissement et d’exploitation de l’installation d’épu-ration, des avantages tout aussi importants bien que non quanti-fiables directement : garantie de bon fonctionnement, fiabilité,facilité d’exploitation, adaptabilité aux évolutions futures. C’est detoute façon, la seule qui conduise vers l’usine propre et sobre dufutur.

Références bibliographiques

[1] Ministère de l’Environnement. – Les technolo-gies propres dans l’industrie française. Col-lection « Les Cahiers Techniques de laDEPPR » no 21 (164 pages).

[2] BOEGLIN (J.-C.). – Vers une approche globaleet la maîtrise de la pollution industrielle. Inté-rêt des études préliminaires. Session de For-mation Continue de l’Agence RhôneMéditerranée Corse (nov. 1988).

[3] BURGAUD (J.-L.). – L’eau dans l’usine : ges-tion et maîtrise de la pollution industrielle. LaTribune du Cebedeau, vol. 22 (sept. 1969).

[4] GROS (D.). – Origine, nature et maîtrise de lapollution industrielle. L’autre manière d’épu-rer. Journées de Formation et Perfectionne-ment de l’IPI « Environnement Industriel »(avr. 1990).

[5] Société Degrémont. – Mémento technique del’eau. Lavoisier Technique et Documentation,Paris (1989).

[6] BOEGLIN (J.-C). – Inventaire des traitementsd’eaux résiduaires. J 3 940 (1997). TraitéGénie des procédés, volume J2III.

[7] BOEGLIN (J.-C.). – Traitements biologiquesdes eaux résiduaires. J 3 942 (1998). TraitéGénie des procédés, volume J2III.

Pollution Industrielle de l'Eau Stratégie Et Méthodologie

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