Élimination des algues et du carbone organique total dans les usines de dessalement

• 1. introduction
• 2. Prétraitement de l'eau de mer avec des algues et du carbone organique total (COT)
• 3. traitement des eaux usées à forte teneur en phosphore et en COT par DAF et MBR
• 4. Résumé

Prolifération d'algues nuisibles et présence de carbone organique total (COT)

Certaines conditions environnementales, comme le temps chaud, favorisent la croissance des algues dans les eaux de surface.

Dans d'autres cas, les algues sont causées par une gestion inadéquate des eaux usées rejetées dans l'environnement. Les algues se développent en présence de nutriments (azote et phosphore) et avec des niveaux adéquats de lumière, de pH et de température. Plus la concentration de phosphore dans une masse d'eau augmente, plus les algues se développent.

La lutte contre la prolifération d'algues nuisibles est un défi environnemental majeur. Il est essentiel de réduire la concentration de phosphore, car c'est le principal facteur contribuant au problème. D'autre part, des mesures doivent également être prises pour éliminer les colonies en croissance.

Il existe des additifs chimiques qui peuvent être dispersés dans une masse d'eau pour empêcher la croissance des algues, mais cela ne permet pas d'éliminer le tapis vert flottant de solides. Il est plus efficace de les éliminer physiquement et de réduire la concentration de phosphore dans l'eau. Un procédé qui fonctionne bien pour stopper la prolifération des algues est la la flottation par aire (DAF).

Le carbone organique total (COT ) est une mesure directe du carbone organique présent dans un échantillon d'eau, y compris la matière organique dissoute et les particules en suspension. Contrairement à la DBO et à la DCO, le COT ne fait pas de distinction entre les matières organiques biodégradables et non biodégradables, il mesure simplement la quantité totale de carbone organique dans un échantillon.

2. Prétraitement de l'eau de mer dans les usines de dessalement

Un prétraitement adéquat est nécessaire dans le processus de dessalement de l'eau de mer, car il faut empêcher les algues, le COT, les hydrocarbures, les huiles et les graisses de pénétrer dans les membranes de dessalement.

Les systèmes membranaires utilisés pour le dessalement de l'eau de mer sont vulnérables à l'encrassement et au colmatage causés par ces contaminants, ce qui réduit leur durée de vie et leurs performances. Pour éviter ces problèmes, l'eau de mer doit être traitée avant d'entrer dans l'installation d'osmose inverse.

Désinfection, tamisage mécanique et ajustement du pH

La désinfection par oxydation est appliquée pour empêcher la croissance biologique qui provoque l'encrassement des filtres et des membranes. En raison de son faible coût et de son efficacité, l'oxydant le plus couramment utilisé est le chlore, mais il est nécessaire de procéder à une déchloration ultérieure pour éviter la présence de chlore résiduel dans le flux, car cet agent oxydant attaque la composition des membranes. D'autre part, il faut tenir compte du fait que les composés de réaction (chloramines, trihalométhanes, etc.) sont toxiques à certaines concentrations.

Le processus de dégrillage consiste à placer un tamis ou une grille dans la ligne de captage de l'eau de mer. Les plantes et autres débris sont retenus dans les grilles et sont enlevés à l'aide d'un râteau ou d'outils similaires.

Le pH de l'eau de mer est généralement alcalin, mais les performances des membranes d'osmose inverse sont optimales lorsque le pH est faible. Il est essentiel de maintenir le pH de l'eau entre 5,5 et 6,0, ce qui est obtenu par l'ajout d'un réactif acidifiant qui empêche la précipitation des sels et facilite la formation de flocs. L'ajustement du pH est bénéfique à la fois pour l'élimination des algues et pour l'élimination du carbone organique total.

Il n'est pas recommandé de travailler à un pH inférieur à 5,5, car les cellules se rompent et libèrent des substances intracellulaires qui peuvent rester dans les membranes et même s'échapper avec le perméat.

Coagulation et floculation

L'objectif principal des processus de coagulation et de floculation est d'éliminer la turbidité et les solides en suspension. Au cours de ce processus, un coagulant est ajouté à l'eau pour neutraliser la polarité des particules chargées électriquement (colloïdes). Le type de coagulant et sa quantité optimale sont évalués en effectuant un test en bocal sur l'eau. Les coagulants les plus couramment utilisés sont les composés d'aluminium, les sels ferriques (sulfate ferrique, chlorure ferrique) et les sels d'aluminium (PAC et sulfate d'alumine).

Les cellules d'algues doivent être complètement déstabilisées pour permettre au traitement d'atteindre son efficacité maximale. Pour ce faire, il convient de doser correctement le coagulant et le floculant, et d'ajuster le pH de manière optimale en fonction du dosage de coagulant qui a été effectué.

Flottation à l'air dissous (DAF)

Au cours de l'étape de flottation, les particules, les cellules d'algues, les huiles et les graisses sont flottées et éliminées. Les flocs produits lors de l'étape de coagulation-floculation sont également éliminés.

Les équipements DAF ont gagné en popularité dans les processus de dessalement pour la production d'eau potable, car ils réduisent l'encombrement et les coûts d'exploitation et de maintenance, tout en améliorant les résultats de la purification.

SIGMADAF a développé un équipement DAF spécifique pour cette application (SEADAF), qui combine les principes de la flottation et de la sédimentation à l'air dissous avec une conception optimale de l'équipement.         

Les matériaux utilisés pour la construction de cet équipement doivent résister à la forte corrosion des sels de l'eau de mer (essentiellement le NaCl). Le polypropylène est donc généralement utilisé pour la construction et le revêtement des cuves, et l'acier inoxydable AISI316L pour les pièces métalliques. Ces matériaux garantissent une longue durée de vie à ces systèmes DAF.

L'efficacité de l'élimination des algues avec un système comprenant la coagulation-floculation, l'ajustement du pH, le système DAF et la filtration par gravité dépasse 99 %. Si un système membranaire d'ultrafiltration (UF) est disponible en complément, l'efficacité approche les 100 %.

3. traitement de l'eau à forte teneur en phosphore et en carbone organique total par DAF et MBR

Comme mentionné au début de cet article, il est nécessaire d'éviter le rejet de phosphore dans l'environnement, car il contribue à la croissance incontrôlée des colonies d'algues.

Il est courant de rencontrer des eaux usées à forte teneur en phosphore, sous forme colloïdale ou dissoute, ainsi qu'une forte concentration de COT. Cette situation se rencontre souvent dans les eaux usées urbaines et les eaux usées agricoles.

Un processus de coagulation/floculation avec ajustement du pH et ajout de Ca(OH₎₂ si le phosphore reste en solution est nécessaire pour traiter correctement l'effluent.

Les eaux usées prétraitées sont acheminées vers un traitement secondaire, qui consiste en un système d'oxydation biologique avec de l'air et une séparation des boues et des solides en suspension.

Les bioréacteurs à membrane (BRM) offrent une grande efficacité pour le traitement des débits faibles à moyens avec des concentrations élevées de COT. Un réacteur MBR se compose d'un bioréacteur aérobie doté d'un équipement d'aération et d'un ensemble de membranes d'ultrafiltration (UF) où la biomasse est séparée et recirculée.

La biomasse étant entièrement retenue dans la membrane et réintroduite dans le réacteur, des concentrations très élevées sont atteintes à l'intérieur du réacteur (5 fois plus élevées que dans les systèmes conventionnels).

Ces résultats sont obtenus avec des temps de séjour courts, une capacité de dégradation exceptionnelle, un encombrement minimal et une qualité exceptionnelle de l'effluent traité.

Un autre avantage de la concentration plus élevée de biomasse est la possibilité d'amortir les impacts de la charge polluante sans l'endommager. De courtes fluctuations allant jusqu'à 10 g/l de DBO à l'entrée du réacteur n'ont pratiquement aucune influence sur le processus. Grâce à cette capacité tampon, une qualité uniforme de l'effluent traité est garantie.

Dans un système MBR, il est possible d'atteindre un taux d'oxygénation de 200 mg O2/l/h, ce qui est beaucoup plus élevé que dans les réacteurs conventionnels. Grâce à la suspension totale des micro-organismes (pas de formation de floc), on obtient une grande surface qui permet à l'oxygène circulant dans le milieu d'être absorbé directement par les micro-organismes par le chemin le plus court. Cela permet aux bactéries d'atteindre un taux métabolique élevé.

Le mélange du volume du réacteur est réalisé dans le système d'aération au moyen de diffuseurs à fines bulles. La formation de petites bulles qui se mélangent à l'ensemble du volume est particulièrement importante à ce stade.

Dans un système à membrane immergée, la circulation du volume du réacteur se fait en continu à travers la chambre à membrane d'ultrafiltration, qui est attachée au réacteur d'aération. Dans cette chambre, les membranes d'UF sont soit introduites directement dans la biomasse, soit placées à l'extérieur dans des conteneurs appropriés et pompées entre les deux. L'option la plus couramment utilisée est celle des membranes immergées dans un réservoir.

Les systèmes MBR sont une version améliorée des systèmes à boues activées, combinant le processus de dégradation biologique avec la séparation solide/liquide par filtration membranaire. Les systèmes MBR sont l'une des technologies les plus efficaces pour le traitement des eaux usées à forte charge en phosphore et en COT. 

4. Résumé

L'excès de nutriments (en particulier de phosphore) et de COT contenu dans certaines eaux usées ou dans l'eau de mer peut être à l'origine de problèmes environnementaux majeurs, entraînant l'eutrophisation des eaux usées, qui provoque l'anoxie et la mort des animaux et des plantes aquatiques, et le colmatage des membranes d'osmose inverse dans le cas des usines de dessalement.

Cet article propose des solutions de traitement utilisant les technologies et équipements dont dispose SIGMADAF (DAF / SEADAF / SMBR), qui se sont révélés très efficaces en présence de ces polluants problématiques.

Ces technologies sont destinées aux objectifs suivants :

• Réduction des coûts d'énergie, de main-d'œuvre, de réactifs et d'équipement.
• Performances élevées en matière de débogage
• Faible encombrement
• Simplicité d'utilisation et d'entretien
• Réduction des coûts d'énergie, de main-d'œuvre, de réactifs et d'équipement.

Bibliographie et consultations

https://www.frcsystems.com/es/algae-removal-using-dissolved-air-flotation-daf/

https://sigmadafclarifiers.com/aplicaciones-daf/