Élimination des solides en suspension dans les eaux usées industrielles

• 1. Qu'est-ce que le total des solides en suspension (TSS) ?
• 2. Présence de MES dans les eaux usées industrielles
• 3. les types de solides en suspension, leur identification et leur mesure
• 4. Traitements utilisés pour la séparation et l'élimination du total des solides en suspension
• 5. Flottation à l'air dissous
• 6. Comparaison entre les technologies de traitement pour la séparation des MES

1. Qu'est-ce que le total des solides en suspension ??

Les matières en suspension (MES) sont des matières que l'on trouve couramment dans les eaux naturelles et industrielles.

La présence de matières en suspension dans les eaux usées provoque le colmatage et la détérioration des installations par lesquelles transitent les effluents. Lorsqu'elles sont de nature organique, elles sont également sources de fermentation et d'infections possibles.

2. Présence de MES dans les eaux usées industrielles

Voici quelques-unes des matières en suspension les plus courantes dans les eaux usées et dont la présence est conditionnée :

• Les particules de sol, qui peuvent comprendre de l'argile, du limon et du sable, sont entraînées dans l'eau par l'érosion, le ruissellement ou d'autres sources.
• Matière organique, y compris les particules de matière végétale et animale en décomposition, ainsi que les micro-organismes vivants tels que les algues et les bactéries.
• Déchets liquides générés par les processus industriels. Dans ces cas, les eaux usées peuvent contenir des solides en suspension tels que des produits chimiques, des huiles, des métaux et d'autres matériaux.
• Les déchets alimentaires, qui comprennent les particules provenant de la transformation, de la préparation et de la consommation des aliments.
• Les déchets humains et animaux tels que les matières fécales, l'urine et les autres fluides corporels.

3. Types de solides en suspension, identification et mesure

À des fins d'analyse, lors de la définition de la qualité de l'eau, il est important de faire la distinction entre les types de solides présents dans l'eau :

Solides décantables (SS) : il s'agit de solides présents dans le fluide et qui, en raison de leur densité, ont tendance à se décanter et donc à se séparer sous l'effet de leur propre poids. Les solides décantables sont mesurés en mg/l ou ppm (parties par million) et peuvent être séparés par sédimentation (décantation), réduction de la densité apparente (flottation) ou filtration sur différents supports physiques (sable, anthracite, membranes, etc.).

Solides volatils (VS). Les solides volatils sont séparés par calcination à 550º C. Il s'agit généralement de matières organiques. Les solides restants dans l'eau sont connus sous le nom de solides persistants.

Le total des solides dissous (TDS). Ces solides ne sont pas mesurables dans le liquide par des moyens physiques simples, mais sont détectés par la conductivité, qui est mesurée en µS/cm (micro Siemens/cm). Le système physique de mesure consiste à porter l'eau à 105°C et à peser le résidu qui apparaît (résidu sec). Il est également mesuré en mg/l

Matières solides en suspension (MES). Il s'agit de solides non dissous qui restent finement dispersés dans le fluide et ne se déposent pas en raison de leur charge électrique (matière colloïdale). Les matières en suspension peuvent être soumises à des traitements physico-chimiques de déstabilisation à l'aide de réactifs coagulants et d'agglutination à l'aide de floculants. Ces traitements sont effectués avant les processus de flottation ou de décantation. Lorsqu'il s'agit de micro solides, ils peuvent être séparés par filtration. Leur concentration est mesurée en mg/l (ppm).

4. Traitements utilisés pour la séparation et l'élimination du total des solides en suspension

Les méthodes utilisées pour éliminer les solides en suspension des eaux usées dépendent de facteurs tels que

• Type de solides
• Concentration des solides
• Présence ou non d'autres polluants
• Niveau de débogage souhaité
• Besoins et objectifs fixés par le client
• Réglementation existante.

Il existe plusieurs méthodes pour éliminer les MES des eaux usées :

Dépistage

Les eaux usées passent d'abord à travers un tamis ou une grille pour éliminer les solides les plus gros. Il s'agit de grilles et de tamis dont l'espacement de filtration varie de quelques centimètres à quelques millimètres (les plus courants ne sont pas inférieurs à 3 mm). En fonction de la fréquence de nettoyage et du type de solides à séparer, des systèmes de nettoyage automatique peuvent être disponibles.

Les conduites doivent être conçues pour des vitesses d'écoulement > 0,3 m/s afin d'éviter le dépôt de SS. Les points de rétention (réservoirs, trous d'homme, etc.) doivent être équipés de systèmes d'évacuation et de purge.

Sédimentation

Les eaux usées sont retenues dans une cuve ou un bassin d'homogénéisation pendant un certain temps, ce qui permet aux particules les plus lourdes de se déposer au fond, d'où elles peuvent être éliminées.

Coagulation et floculation

Les eaux usées sont conditionnées par l'ajout de produits chimiques tels que des sels d'aluminium (sulfate, polychlorure, etc.) ou des sels de fer (chlorure, sulfate, etc.) pour former des agglomérations de particules appelées coagulats, qui peuvent ensuite être agglomérées en flocs par l'ajout de polymères floculants. Ces flocs sont ensuite séparés par flottation, sédimentation ou filtration.

Décantation

Le traitement traditionnel de séparation des solides en suspension consiste en une décantation primaire, une coagulation/floculation préalable et un ajustement du pH. Ce processus est réalisé dans des bassins à fond conique ou pyramidal (pente minimale des parois du fond = 45º), qui sont dimensionnés à une vitesse ascendante d'environ 1 ^m3/m2/h et avec des temps de rétention de 3 à 4 heures, ce qui nécessite de grandes surfaces pour traiter des débits élevés. Cette vitesse peut être multipliée par 3 ou plus avec des systèmes de décantation accélérée avec recirculation des boues, ou avec des bassins de décantation à lamelles, qui sont utilisés pour les solides de haute densité, car ils offrent une surface de décantation élevée équivalente et un temps de séjour court.

Les boues produites dans un décanteur primaire ont généralement des concentrations inférieures à 1 %. Elles doivent donc être concentrées dans un épaississeur, qui les ramène à 3 ou 4 % de MES. Ce processus est nécessaire pour pouvoir alimenter correctement les systèmes de séchage des boues.                     

Lorsque les débits sont élevés et que les surfaces de décantation sont donc importantes, plusieurs bassins de décantation sont installés en parallèle et la pente est réduite par l'installation d'un pont radial ou diamétral avec des racleurs de fond pour favoriser l'effet d'épaississement, ainsi que d'une surface pour acheminer les boues vers une trémie centrale du bassin de décantation.

Flottation

Cette technologie permet de séparer les solides moins denses que l'eau en les faisant remonter à la surface des cuves avec un temps de séjour et une vitesse d'ascension donnés.

Les techniques de flottation permettent d'introduire de l'air cavité (CAF) ou de l'air pressurisé puis dépressurisé (DAF) dans l'effluent, ce qui permet aux microbulles formées d'adhérer aux particules solides et de leur faire acquérir une densité apparente inférieure à celle du liquide, ce qui permet de les séparer par flottation.

Ce système est très efficace pour une grande variété de rejets et tend à remplacer la décantation.

Traitement biologique

Les micro-organismes décomposent les matières organiques biodégradables présentes dans les eaux usées, ce qui peut contribuer à l'élimination des solides en suspension. Il convient de tenir compte des phénomènes de biofloculation et de la formation de masses de boues actives dans les traitements aérobies, ou deboulettesdans les traitements anaérobies.

Filtration simple

Dans les cas les plus exigeants, ou lorsqu'une partie de l'effluent traité doit être récupérée, un système de filtration est souvent utilisé comme traitement tertiaire. Dans ce cas, les eaux usées passent à travers un support filtrant tel que du sable, du gravier ou une membrane, qui élimine les petites particules.

Filtration sur membrane

Dans ce chapitre, les éléments suivants méritent une mention spéciale lesaLes traitements MBR (Membrane Bio Reactor) méritent une mention spéciale.qui permettent de maintenir des charges de biomasse élevées dans le réacteur biologique aérobie.

Le degré de filtration obtenu avec ce procédé est similaire à celui de la microfiltration (MF) ou de l'ultrafiltration (UF), qui séparent les macromolécules et les particules.

Le diagramme suivant montre les niveaux de filtration de chaque technologie et les différents niveaux de pureté que l'on peut atteindre.

Pour séparer les solides d'effluents complexes en raison de leur composition, de leur température, de leur acidité, etc. (liqueurs usées de la métallurgie, colorants, pigments, huiles à haute densité, huiles de forage, etc.), on utilise des membranes de filtration tangentielle constituées de matériaux résistants tels que le graphite ou les céramiques. Dans ces cas, des volumes d'effluents faibles mais très chargés et agressifs sont traités et soumis à la filtration par des circulations en boucle à grande vitesse, avec un système complexe de lavage à contre-courant qui élimine les matériaux qui colmatent cycliquement les membranes.

5. Flottation à l'air dissous

Une technologie qui mérite d'être soulignée est la flottation à l'air dissous (DAF). la flottation à l'air dissous (DAF)qui est utilisée pour traiter les effluents à forte teneur en matière organique ou en solides légers. Le procédé consiste à faire flotter les solides en suspension, une fois qu'ils ont été coagulés et floculés, en soufflant de l'air sous forme de microbulles qui adhèrent aux floculus, les faisant flotter au fur et à mesure qu'ils perdent leur densité apparente.

Ils sont généralement de construction circulaire ou rectangulaire et comportent des racleurs de fond et de surface. Les vitesses de conception sont nettement plus élevées que celles des décanteurs, et les boues extraites atteignent facilement une concentration de 4-5 %, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un épaississeur intermédiaire.

Les systèmes DAF sont une technologie très efficace pour éliminer les MES des eaux usées et sont donc l'une des technologies les plus couramment utilisées dans les stations d'épuration industrielles et municipales.

Un processus d'élimination des matières solides en suspension par flottation à l'air dissous est réalisé en cinq étapes :

• Tout d'abord, un processus de coagulation est mis en œuvre, qui consiste à ajouter des produits chimiques tels que le sulfate d'alumine ou le chlorure ferrique aux eaux usées afin de déstabiliser les solides en suspension et de les précipiter.
• L'étape suivante est un processus de floculation dans lequel les polyélectrolytes ajoutent des solides déstabilisés pour former des particules plus grandes appelées flocs.
• La flottation à l'air dissous est réalisée dans le système DAF, où les eaux usées sont introduites dans un réservoir où l'air est dissous sous pression. Les bulles d'air se fixent sur les flocs et les font remonter à la surface.
• L'écrémage est l'étape suivante. Au cours de ce processus, la couche superficielle d'eau contenant les solides flottants est enlevée à l'aide d'un dispositif composé d'un système de balayage de surface, de sorte que la quantité d'eau emportée est beaucoup plus faible que celle recueillie par un système de décantation.
• Les systèmes DAF sont particulièrement efficaces pour éliminer le total des solides en suspension des eaux usées difficiles à traiter par d'autres méthodes, telles que les eaux usées huileuses ou graisseuses, ou les eaux usées contenant des particules très fines.

La flottation à l'air dissous offre des performances et une efficacité élevées pour le traitement des eaux usées industrielles et municipales grâce aux avantages suivants :

6. Comparaison entre les technologies de traitement pour la séparation des MES

Ce tableau est destiné à servir de guide de comparaison entre les différents traitements mentionnés :

Technologie	Application	Surface,. occupée	Séparation des MES (%)	Découpage (µm)	Conc, boues (%)	Coût de l'entretien.
Dépistage	Solides grossiers	BAJA	-	3 - 100 mm	Solides	SOUS
Décantation primaire	Traitement physico-chimique	ALTA	80 - 90	<200	0,5 - 1	SOUS
Décantation secondaire	Traitement biologique	ALTA	80 - 90	<200	0,5 - 1	SOUS
Décantation lamellaire	Traitement physico-chimique	MEDIA	75 - 85	<200	0,5 - 1	SOUS
Flotteur DAF	Tto. 1ère et 2ème	MOYEN/ FAIBLE	>90	100-200	3 - 5	SOUS
Filtration simple	Après décantation / flottation	MOYEN/ FAIBLE	>90	<50	<0,5	MEDIO
MBR	Biologie secondaire	BAJA	>95	<5	0,5 - 1	MOYEN/ ÉLEVÉ
Microfiltration	Filtration des particules	BAJA	>98	<1	<1	MOYEN/ ÉLEVÉ
Ultrafiltration	Filtration macromoléculaire	BAJA	>99	<0,1	<0,1	MOYEN/ ÉLEVÉ
Filtration tangentielle	Effluents complexes	MOYEN/ FAIBLE	>95	<1	0,1-1	ALTO