Séparation des huiles et des graisses par des systèmes DAF

• 1) Traitement des eaux usées contenant des huiles et des graisses
• 2. les systèmes DAF pour la séparation des huiles et des graisses dans les eaux usées
• 3. séparation des huiles et des graisses par coalescence
• 4. Autres technologies utilisées pour l'élimination des huiles et des graisses des eaux usées
• 5. Conclusion

Les huiles et les graisses comptent parmi les polluants les plus courants dans les eaux usées générées par les processus industriels. Leur présence dans les eaux usées peut causer de graves dommages à l'environnement et à la santé humaine. Il est donc essentiel de prendre les mesures nécessaires pour séparer les huiles et les graisses des eaux usées.

Ils posent également des problèmes de performance dans les stations d'épuration des eaux usées. D'une part, il s'agit généralement de substances visqueuses qui adhèrent aux tamis, conteneurs, tuyaux, éléments mécaniques et instruments dans lesquels circulent les effluents, ce qui pose des problèmes d'efficacité et de maintenance, et d'autre part, elles peuvent provoquer une anoxie dans les bassins d'oxydation, ce qui rend difficile le traitement biologique des effluents, tout en provoquant facilement l'effondrement des médias filtrants (filtres, membranes, etc.).

1. Traitement des eaux usées contenant des huiles et des graisses

Les huiles et les graisses (FOG) sont souvent présentes dans les eaux usées de diverses industries, telles que les usines de transformation alimentaire, les raffineries de pétrole ou les installations de réparation automobile, pour ne citer que quelques exemples, et sont plus difficiles à biodégrader biologiquement que d'autres matières présentes dans les eaux usées.

S'ils ne sont pas éliminés au préalable, ces dépôts d'huile et de graisse peuvent réduire l'efficacité des traitements biologiques et membranaires, en créant des blocages, en obstruant et en étouffant les systèmes de traitement et en réduisant la capacité de digestion des boues par les micro-organismes utilisés dans les processus de traitement des eaux usées.

Par conséquent, l'option la plus efficace consiste à séparer les huiles et les graisses au moyen d'un traitement primaire par flottation à l'air dissous (DAF). Après ce traitement primaire, les eaux usées peuvent être envoyées vers d'autres équipements de traitement en garantissant que le processus de traitement secondaire ne sera pas compromis.

2. Systèmes DAF et de coagulation-floculation pour la séparation des huiles et des graisses des eaux usées

L'option la plus efficace consiste à séparer les huiles et les graisses au moyen d'un traitement primaire par flottation à l'air dissous (DAF). Après ce traitement primaire, les eaux usées peuvent être envoyées vers d'autres équipements de traitement avec la garantie que le processus de traitement secondaire ne sera pas compromis.

Les systèmes de flottation à l'air dissous (DAF) utilisent le principe de flottabilité pour séparer les huiles et les graisses des eaux usées. Le processus est réalisé en introduisant des microbulles d'air dans les eaux usées, qui se fixent sur les particules d'huile et de graisse et les font flotter à la surface ; dans ce cas, ces bulles ont des tailles ≤50 µm et sont réparties de manière homogène sur le flotteur.

La coagulation et la floculation sont deux processus chimiques qui impliquent l'ajout de produits chimiques aux eaux usées. Ces réactifs neutralisent la charge des particules d'huile et de graisse, ce qui les fait se coller les unes aux autres et former de plus gros blocs ou flocs qui peuvent être retirés de l'eau par flottation.

• La coagulation est la première étape du processus au cours de laquelle un coagulant chimique est ajouté aux eaux usées, généralement un sel métallique tel que le sulfate d'aluminium (alun) ou le chlorure ferrique. Le coagulant neutralise la charge des particules d'huile et de graisse, ce qui les fait s'agglutiner et former de petits amas (caillots). Un ajustement du pH est parfois nécessaire pour que le processus fonctionne correctement.                                                                                                                       
• La floculation est la deuxième étape du processus au cours de laquelle un floculant chimique, généralement un polymère de poids moléculaire élevé, est ajouté aux eaux usées. Le floculant agit comme un agent liant, faisant en sorte que les petits morceaux d'huile et de graisse se collent ensemble et forment des flocs plus grands et plus lourds qui peuvent être plus facilement retirés de l'eau par la flottation DAF. Les flocs forment une couche de mousse ou de boue à la surface de l'eau, qui est extraite et éliminée du système.

Les séparateurs DAF sont particulièrement efficaces pour le traitement des eaux usées industrielles contenant des huiles et des graisses, telles que celles générées dans les usines de transformation alimentaire, les usines pétrochimiques et d'autres installations de fabrication. Ils sont également utiles pour éliminer d'autres types de contaminants tels que les solides en suspension, les métaux lourds et les composés organiques.

Les avantages du traitement des eaux usées à l'aide d'un système DAF sont les suivants :

• Efficacité élevée d'élimination des huiles et des graisses des eaux usées, généralement de l'ordre de 90 à 99 %.            
• C'est un procédé qui offre une grande polyvalence pour le traitement d'une grande variété de types et de concentrations d'eaux usées. Le procédé peut être adapté aux caractéristiques spécifiques des eaux usées, y compris le pH, la température et le type et la concentration des contaminants présents.
• Le processus de coagulation-floculation nécessite normalement des doses plus faibles de produits chimiques que les autres méthodes de traitement, ce qui se traduit par des coûts chimiques moins élevés et une production moindre de déchets chimiques. 
• Le procédé de flottation à l'air dissous réduit également le volume des boues générées au cours du processus de traitement, ce qui se traduit par une diminution des coûts de gestion et d'élimination des boues, ainsi que par une réduction de l'impact sur l'environnement.
• Les coûts d'exploitation du processus de coagulation-floculation combiné à un système DAF sont relativement faibles par rapport à d'autres technologies. Cela peut être particulièrement avantageux pour les industries qui génèrent de grandes quantités d'eaux usées et qui ont besoin d'une option de traitement rentable.
• Les systèmes DAF sont relativement faciles à utiliser et nécessitent des coûts de maintenance minimes par rapport à d'autres technologies. Cela peut être un avantage significatif pour les industries qui ont besoin d'un traitement fiable avec peu d'entretien.

Les industries qui bénéficient le plus de ce processus sont les suivantes :

• Transformation des aliments et des boissons: les industries de transformation des aliments, telles que la viande et les produits laitiers, génèrent d'importants volumes d'eaux usées contenant une grande quantité d'huiles et de graisses qui doivent être traitées.
• Raffinage du pétroleLes raffineries de pétrole génèrent de grandes quantités d'eaux usées huileuses contenant des hydrocarbures qui doivent être traitées avant d'être rejetées.               
• Fabrication de produits chimiques: les procédés de fabrication de produits chimiques peuvent générer des eaux usées contenant un large éventail de polluants, y compris des huiles.
• Métallurgie: Les industries métallurgiques, telles que l'usinage et la finition des métaux, génèrent des eaux usées contenant des niveaux élevés d'huile qui nécessitent un traitement de séparation efficace avant d'être rejetées ou réutilisées. 
• Fabrication de textiles : les processus de fabrication de textiles peuvent générer des eaux usées huileuses contenant un large éventail de polluants.
• Fabrication de pâte à papier et de papier : les usines de pâte à papier et de papier génèrent d'importantes quantités d'eaux usées qui peuvent contenir des huiles provenant de leurs processus de fabrication.
• Fabrication automobile et aérospatiale: les installations de fabrication automobile génèrent des eaux usées huileuses à partir de divers processus tels que le nettoyage des pièces et le travail des métaux.
• Production d'électricité : les installations de production d'électricité, telles que les centrales électriques au charbon, peuvent générer des eaux usées huileuses qui doivent être traitées avant d'être rejetées. 
• Exploitation minière : L'industrie minière peut générer des eaux usées huileuses à partir de divers processus, tels que le traitement des minerais et l'entretien des équipements.                                                           
• Industrie pharmaceutique. 
• Fabrication de matières plastiques. 
• Fabrication de peintures et de revêtements.

3. Séparation des huiles et des graisses par coalescence

Tout processus industriel incorporant des produits végétaux ou animaux est susceptible de générer des eaux usées contenant des huiles et des graisses. En outre, les lubrifiants et autres huiles utilisés pour les machines et les transports produisent également un volume important d'eaux usées de traitement et de lavage. Les huiles et les graisses se présentent sous la forme de macromolécules à longue chaîne.

Selon le type d'huile, son origine (animale, végétale ou minérale) et ses caractéristiques physico-chimiques, différentes technologies de séparation sont appliquées. Ainsi, pour les huiles moins denses (environ 0,8 kg/l), on utilise généralement de simples systèmes de flottation par différence de densité, tels que les séparateurs API, ou des plaques de coalescence (CPI).

Le phénomène de coalescence est la propriété qu'ont les choses de coalescer ou de se fondre ensemble pour augmenter leur taille. Dans le cas des effluents huileux, les plaques coalescentes ou séparateurs d'huile (CPI) sont des charges plastiques qui permettent la séparation physique des hydrocarbures, des graisses et des huiles contenus dans les flux d'eaux usées.

Les plaques sont disposées avec une certaine inclinaison pour permettre au courant liquide de les traverser, ce qui permet aux particules huileuses de se déposer sur leurs parois, de sorte qu'elles se rassemblent par coalescence. Les particules les plus grosses sont ensuite entraînées vers la surface par le flux de liquide lui-même. La couche de mousses et de graisses qui se forme à la surface est emportée ou balayée par un système mécanique (écumoire).

Lorsque les particules d'huile et de graisse se présentent sous la forme d'une émulsion, il est nécessaire de procéder à un prétraitement chimique consistant à doser des réactifs désémulsifiants, qui sont des composés actifs en surface et qui, ajoutés à l'émulsion, facilitent la coalescence des huiles et des graisses.

L'efficacité de l'élimination est beaucoup plus élevée lorsque l'air est utilisé pour la séparation par coalescence.

• Taille des bulles: pour une séparation correcte par coalescence avec l'air, les bulles doivent avoir une taille inférieure à 2 mm. Avec des tailles plus petites, on obtient une meilleure séparation, mais il faut ajouter de l'air sous pression et ensuite décompresser correctement le mélange pour obtenir des microbulles (≤ 0,5 mm).
• Espacement des diffuseurs : lorsque la distance entre les diffuseurs est augmentée, la capacité des bulles produites par un diffuseur à s'entrechoquer avec les bulles produites par un autre diffuseur est réduite.
• Hauteur du film d'eau: En s'élevant, les bulles ont tendance à former une colonne d'air, la séparation entre elles étant très faible, ce qui facilite la coalescence.

Le graphique suivant (figure 1) montre l'augmentation de la vitesse de remontée des bulles en fonction de leur taille, ce qui montre que le temps de contact est plus long avec des bulles plus petites.

En fonction de la quantité de FOG présente dans l'effluent à traiter et de sa destination (traitement secondaire, rejet, réutilisation), un système à air cavité (CAF) peut être utilisé, un système à air cavité (CAF) peut être utilisé.Dans ce cas, une vis agitatrice spéciale est utilisée pour produire un vortex et donc une dépression à la surface du liquide, ce qui réduit sa tension superficielle.

Cet air, sous forme de bulles, est dispersé dans le flux d'effluents, créant une séparation des polluants par la perte de densité des particules associées et par la coalescence des huiles et des graisses.

Le système CAF est économique, tant en termes de mise en œuvre que de consommation de réactifs et d'énergie, et il est facile à entretenir. Cependant, son efficacité d'élimination des huiles et des graisses est de l'ordre de 60 à 80 % en raison de l'irrégularité, de la quantité et de la taille des bulles d'air formées.

Ce système est généralement utilisé comme prétraitement pour un système de flottation à l'air dissous (DAF), en cas de concentration très élevée d'huiles et de graisses, ou lorsque la concentration est moyenne ou faible et que, en raison des caractéristiques du rejet, cette première étape de traitement est suffisante.

4. Autres technologies utilisées pour l'élimination des huiles et des graisses des eaux usées.

Outre les systèmes CPI, API, CAP et DAF, déjà abordés dans cet article, les systèmes alternatifs suivants peuvent être mentionnés :

• Séparation par gravité : la séparation par gravité est une technique qui utilise la différence de densité entre l'huile et l'eau pour les séparer. La méthode repose sur le fait que les huiles et les graisses sont moins denses que l'eau et que, lorsqu'elles sont introduites dans un réservoir ou une chambre de décantation, elles flottent à la surface tandis que l'eau, plus lourde, coule au fond. Une fois les huiles et les graisses séparées, elles peuvent être retirées de la surface à l'aide d'un dispositif d'écrémage.                                                                                                            
• Filtration : la filtration est une autre méthode de séparation physique utilisée pour éliminer les huiles et les graisses des eaux usées. Cette méthode consiste à faire passer les eaux usées à travers un filtre qui retient les huiles et les graisses et permet à l'eau de s'écouler. Le média filtrant utilisé peut être n'importe quel matériau capable de piéger les huiles et les graisses, comme le sable, le charbon actif ou les fibres polymères, mais il a tendance à se colmater rapidement et est difficile à nettoyer.                                                                                                                                                           
• Oxydation chimique : L'oxydation chimique est une technique qui utilise des agents oxydants, tels que le peroxyde d'hydrogène, l'ozone ou le chlore, pour réagir avec les huiles et les graisses et les rendre insolubles dans l'eau. Cette méthode est efficace, mais elle peut être coûteuse et générer des sous-produits qui nécessitent un traitement supplémentaire.                                                                                  
• Bioremédiation : processus consistant à introduire dans les eaux usées des micro-organismes capables de décomposer les huiles et les graisses. Les micro-organismes consomment les huiles et les graisses comme de la nourriture et les transforment en sous-produits inoffensifs tels que l'eau et le dioxyde de carbone.                                                                                                                                  
• Bioaugmentation : introduction de souches spécifiques de bactéries ou d'autres micro-organismes spécialement conçus pour décomposer certains types d'huiles et de graisses. Cette méthode est efficace pour le traitement des eaux usées contenant des types spécifiques de polluants.

5. Conclusion

La séparation des huiles et des graisses dans les eaux usées se fait par la différence de densité entre ces polluants (moins denses) et le flux d'eau qui les contient.

Ces polluants doivent être éliminés, car leur présence est problématique pour les équipements électromécaniques et les processus d'épuration.

Parmi les différentes techniques existantes pour cette séparation, la flottation à l'air dissous (DAF) est la plus efficace, bien que, dans certaines occasions où les concentrations de ces polluants sont élevées, il est conseillé de les faire précéder d'autres traitements pour les évacuer (CPI, CAF, etc.).

En outre, si une élimination plus fine des huiles et des graisses est nécessaire, des traitements complémentaires doivent être installés pour atteindre les valeurs souhaitées, tels que des traitements de raffinage avec des membranes spécifiques.

Bibliographie et textes consultés

http://www.scielo.org.co/

Qu'est-ce que le phénomène de coalescence ? Découvrez-le (ingeciv.com)

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