Traitement des eaux usées dans l'industrie laitière

30 mai 2023 (Lecture 14 minutes)
Jordi Fabregas

L'industrie laitière génère un volume important d'eaux usées, qui proviennent à la fois de la production des produits et des unités de conditionnement. Les eaux usées de l'industrie laitière se composent d'une combinaison d'eau, de solides, de graisses et d'agents de nettoyage. Le volume et les caractéristiques des eaux usées de l'industrie laitière peuvent varier en fonction de facteurs tels que le type de produit laitier fabriqué, les méthodes de transformation utilisées et la taille de l'exploitation.

Les eaux usées de l'industrie laitière doivent être correctement traitées avant d'être rejetées, car elles contiennent des niveaux élevés de matières organiques, d'azote et de phosphore, qui peuvent contribuer à la pollution de l'eau.

Les principaux contaminants présents dans les eaux usées de l'industrie laitière sont les suivants :

  • Matière organique : les eaux usées provenant de l'industrie laitière contiennent des niveaux élevés de matière organique, notamment des graisses, des protéines et du lactose. Cette matière organique peut contribuer, si elle n'est pas correctement traitée, à des niveaux élevés de demande biochimique en oxygène (DBO) et de demande chimique en oxygène (DCO) dans les masses d'eau réceptrices, ce qui peut réduire les niveaux d'oxygène dissous et nuire à la vie aquatique.
  • Nutriments : les eaux usées de l'industrie laitière sont riches en nutriments tels que l'azote et le phosphore, qui peuvent contribuer à l'eutrophisation des masses d'eau réceptrices. L'eutrophisation est le processus par lequel l'excès de nutriments entraîne une croissance rapide des algues et d'autres plantes aquatiques, ce qui se traduit par une baisse de la qualité de l'eau, un appauvrissement en oxygène et la mort des poissons.
  • Pathogènes : les eaux usées laitières peuvent contenir des bactéries, des virus et d'autres micro-organismes susceptibles de présenter un risque pour la santé humaine en cas d'ingestion ou d'inhalation. Ces agents pathogènes peuvent provenir d'excréments animaux, d'excréments humains ou d'équipements ou de surfaces contaminés dans les installations de transformation des produits laitiers.
  • Agents de nettoyage : les installations de transformation laitière utilisent divers agents de nettoyage, tels que des acides, des alcalis et des détergents, pour nettoyer et désinfecter les équipements et les surfaces. Ces agents peuvent être nocifs pour la vie aquatique et contribuer à la pollution de l'eau s'ils ne sont pas correctement gérés.
  • Antibiotiques et hormones : les eaux usées provenant de l'industrie laitière peuvent contenir des résidus d'antibiotiques et d'hormones utilisés pour traiter ou améliorer la production de lait chez les vaches laitières. Ces résidus peuvent contribuer au développement de bactéries résistantes aux antibiotiques et présenter des risques pour la santé humaine et l'environnement.

Systèmes DAF pour le traitement des eaux usées de l'industrie laitière

Nous avons une grande expérience dans la conception et la fourniture de systèmes biologiques et de flottation à l'air dissous (DAF) personnalisés pour le traitement des eaux usées générées par l'industrie laitière.

Les eaux usées laitières contiennent des niveaux élevés de MES, de DBO et de nutriments. Nos systèmes DAF sont conçus pour éliminer efficacement les contaminants des eaux usées laitières, avec une efficacité de séparation pouvant atteindre 99 %. Nous proposons une large gamme de tailles et de configurations de systèmes pour répondre aux différents débits et besoins de traitement.

Outre les systèmes DAF, nous concevons et fabriquons également des systèmes biologiques capables d'éliminer efficacement la DBO, les nutriments et d'autres matières organiques des eaux usées laitières. Nos systèmes utilisent des technologies de traitement biologique avancées, telles que les bioréacteurs à membrane (MBR) et les bioréacteurs à lit mobile (MBBR).

La composition des eaux usées de l'industrie laitière varie également considérablement en fonction de la catégorie de produits.

Dans l'industrie laitière, les produits sont très divers, principalement le lait pasteurisé et stérilisé, le yaourt, le fromage, la crème, le beurre, la crème glacée et le lait en poudre.

La caractérisation des eaux usées joue un rôle important dans la conception du système de traitement. La concentration de DCO (demande chimique en oxygène) dans les eaux usées laitières varie considérablement en fonction du produit fabriqué. Par exemple, la charge polluante des eaux usées d'une entreprise produisant du yaourt est très différente de celle d'une entreprise produisant du fromage. Étant donné que les usines de production de yaourt ont des paramètres faibles en matière de matières grasses et de DCO, elles n'ont généralement besoin que d'un traitement physique ou biologique pour satisfaire aux normes de rejet. En revanche, les paramètres relatifs aux matières grasses et à l'azote oxydable Kjeldahl étant élevés dans les usines de production de fromage, les unités de traitement physique + chimique + biologique sont généralement préférées dans les usines à petite échelle.

Le tableau suivant présente les valeurs moyennes, minimales et maximales de certains paramètres et polluants clés tels que la DBO, la DCO, les solides en suspension, l'ammoniac et l'azote.

ParamètreConcentration (mgL-1) MaxConcentration (mgL-1) MinConcentration (mgL-1) Moyenne
Ammonium N100525
BOD60005001800
CODs/COD0.90.60.7
DCO soluble80006002500
DCO totale 90009003500
Nitrate N826
Huiles et graisses140400290
pH655.5
Solides en suspension (SS)800100400
Azote total (TN)20010110
Phosphore total1001036
Matières volatiles en suspension500150350

Traitement des eaux usées dans l'industrie laitière

De nombreux producteurs laitiers utilisent une combinaison de méthodes de traitement physique, chimique et biologique pour gérer leurs eaux usées. Il s'agit notamment de la clarification, de la filtration, du traitement biologique et de l'élimination des nutriments.

Le choix de la technologie de gestion des eaux usées laitières dépend de facteurs tels que le volume et les caractéristiques des eaux usées, la disponibilité des ressources et les réglementations locales. Il est essentiel de connaître la composition des eaux usées avant de pouvoir concevoir correctement une station d'épuration des eaux usées laitières.

En général, une combinaison des technologies suivantes peut être utilisée pour atteindre le niveau souhaité de traitement et de réutilisation ou de rejet des effluents :

  • Traitement physico-chimique : les méthodes de traitement physico-chimique telles que la coagulation, la floculation et la flottation à l'air dissous peuvent être utilisées pour séparer les solides, les nutriments et les métaux des eaux usées. Ces méthodes consistent à ajouter des produits chimiques aux eaux usées pour former des flocs, qui peuvent être facilement éliminés par clarification.
  • Digestion anaérobie : la digestion anaérobie est un processus biologique qui convertit la matière organique des eaux usées en biogaz, lequel peut être utilisé pour la production d'énergie. Ce processus permet de réduire la teneur en matières organiques des eaux usées, d'éliminer les agents pathogènes et de produire de l'énergie renouvelable.
  • Traitement aérobie : le traitement aérobie consiste à utiliser des bactéries et de l'oxygène pour décomposer la matière organique contenue dans les eaux usées, ce qui permet de réduire les niveaux de DBO et de DCO dans les eaux usées et d'éliminer les agents pathogènes.
  • Filtration membranaire : les technologies de filtration membranaire telles que l'ultrafiltration et l'osmose inverse peuvent être utilisées pour éliminer les solides, les matières organiques, les nutriments et les agents pathogènes des eaux usées. Ces technologies peuvent être efficaces pour produire des effluents de haute qualité en vue de leur réutilisation ou de leur rejet.
  • Oxydation avancée : les technologies d'oxydation avancée, telles que l'ozone et le peroxyde d'hydrogène, peuvent être utilisées pour décomposer les matières organiques et les agents pathogènes présents dans les eaux usées. Ces technologies peuvent être efficaces pour produire des effluents de haute qualité en vue de leur réutilisation ou de leur rejet.

Processus de traitementCaractérisationEfficacité (%)Références
Précipitation chimiqueSulfate ferreux et chlorure ferrique comme coagulant.DBO : 64% (sulfate ferreux) et 85% (chlorure ferrique)[25]
Précipitation chimiquePrétraitement Ca(OH)2 et FeSO4 utilisésÉlimination élevée de la DCO[26]
CoagulationAlun et sulfate de fer comme coagulant.L'alun a été plus efficace que le sulfate ferreux et a éliminé 5 % de DCO en plus que le sulfate ferreux.[27]
CoagulationChlorure de fer, sulfate d'aluminium et chlorure de calcium comme coagulants.Hydroxyde de calcium : matière organique : 40%, matières en suspension : 94%, phosphore : 89%.[28]
CoagulationFeCl3 comme coagulant
Prétraitement
L'ajout de 0,10 à 0,15 mg de FeCl3 -6H2 O/mg de DCO, ou d'environ 0,20 mg d'Al2 (SO4 )3 , 18H2 O/mg de DCO, était suffisant pour obtenir une bonne élimination de la matière organique.
Efficacité maximale d'élimination de 67 % à 90 % de la DCO totale.
[29]
Coagulation/floculationFeCl3, Fe2(SO4)3 et alun
Prétraitement
F eCl3et Fe2(SO4)3 :
DCO : >70%
Alum :
DCO : >65% DCO : >65% FeCl3 et Fe2(SO4)3 : DCO : >70% Alum : DCO : >70
[30]
Coagulation/floculationFeCl3 comme coagulantFeCl3
Eaux usées faibles : Doses : 550, 180, 180 mg/l
DCO : 76, 88 et 82%, respectivement
Eaux usées fortes : Doses : 500, 500, 500 mg/l
DCO : 45, 28 et 29%, respectivement
[11]
AdsorptionDes adsorbants peu coûteux tels que le charbon actif en poudre, la bagasse, la poussière de paille, la sciure de bois, les cendres volantes et la fibre de coco.MES : le charbon actif a une meilleure efficacité d'élimination[31]
AdsorptionBentonite modifiée avec du lanthane comme adsorbantPhosphate : 100% dans les 15 premières minutes.[32]
procédé membranaireOsmose inverse95% de récupération d'eau avec un débit moyen d'environ 10-11 L/h.m2
TOC : 99,8%,
TKN : 96%, conductivité : 97% et lactose : 99,5%.
[33]
procédé membranaireOsmose inverseConductivité : 98,2%, DCO : 97,8%.[34]
procédé membranaireUltrafiltration + osmose inverse (eaux usées prétraitées avec coagulant et PAC)Les eaux usées de l'industrie laitière peuvent être recyclées et réutilisées.[35]
procédé membranaireBioréacteur à membrane + nanofiltrationMBR : DCO : 98%, nutriments : 86% (86% d'azote et 89% de phosphore)
NF : DCO : 99,9%, TSS : 93,1%
[36]
ÉlectrocoagulationDCO : 98% (dans des conditions optimales avec un temps d'électrolyse de 7 min)[16]
ÉlectrocoagulationAnode en aluminium soluble telle qu'utilisée.Phosphore : 89%, azote : 81%, DCO : 61%.[37]
Électrocoagulationélectrodes en fermatière organique : 97,4 % (au pH final de 7,4)[38]
Système d'électrodes combinéesÉlectrodes en fer et en aluminium.20 minutes d'électrolyse ont suffi pour le traitement de la DCO.[39]
Oxydation électrochimiqueAnodes revêtues de
IrO2-Pt/Ti
Après 360 minutes, l'élimination de 3700 mg/L de DCO a été achevée à une densité de courant de 100 mA/cm2 en utilisant une électrode IrO2 /Ti et une décoloration complète a été obtenue en moins de 60 minutes.[40]
processus électrochimiqueAnodes revêtues de Sn/Sb/Ni-TiDCO : 98% à une densité de courant de 50 mA/cm2 à 10 min.
[41]
ÉlectrocoagulationDes électrodes en aluminium ont été utilisées en présence de chlorure de potassium comme électrolytes.98,84 % d'élimination de la DCO, 97,95 % d'élimination de la DBO5, 97,75 % d'élimination des MES et >99,9 % d'indicateurs bactériens à 60 V pendant 60 min.[42]
ÉlectrocoagulationDes plaques d'aluminium DC ont été utilisées comme électrodes sacrificielles.DCO : 87% (l'intensité optimale du courant, le pH et le temps d'électrolyse pour 1070 mg/dm3 étaient respectivement de 3A, 9, 75 min. La consommation moyenne d'énergie était de 112,9 kWh/kg).
[43]

Options de traitement

Différentes mesures peuvent être prises pour les eaux usées générées par l'industrie laitière.

  • Stocker les eaux usées et les envoyer à un gestionnaire de déchets. Pour les producteurs ayant de gros volumes d'eaux usées, comme c'est souvent le cas, cette option est extrêmement coûteuse.
  • Déversement des eaux usées dans le réseau d'égouts. Dans ce cas, les eaux usées devront être traitées pour être mises en conformité avec les règles de rejet en vigueur sur le territoire où se trouve l'usine de production.
  • Rejet d'eaux usées dans le milieu naturel. Comme dans le cas précédent, les eaux rejetées dans l'environnement doivent être traitées pour respecter les limites de rejet fixées par la loi.
  • Réutiliser les eaux usées. Il s'agit de l'option la plus efficace sur le plan environnemental, mais elle implique également l'installation d'une station d'épuration plus avancée et plus complète. L'eau récupérée peut être réutilisée pour des activités telles que l'irrigation et le lavage.

Traitement des eaux usées de l'industrie laitière en vue de leur élimination ou de leur rejet

Les étapes d'un processus typique de gestion des différents polluants présents dans les eaux usées laitières (nutriments, huiles et graisses, demande chimique en oxygène (DCO), demande biologique en oxygène (DBO), total des solides en suspension (TSS), substances organiques et inorganiques) en vue de leur rejet sont décrites ci-dessous :

  • Le niveau de pH est ajusté à l'aide de régulateurs de pH tels que la soude caustique ou l'acide. Les émulsions sont ensuite brisées et les solides sont précipités à l'aide d'un désémulsifiant.
  • Les étapes clés de ce processus sont la coagulation-floculation et la flottation à l'air dissous. Les eaux usées sont coagulées puis pompées vers une zone de mélange lent, où les particules sont agglutinées en flocs plus importants par floculation avant d'être traitées dans le système DAF.
  • Les bulles du système de flottation à air sont entraînées par un système de dilution à air recyclé qui souffle l'effluent traité dans le système de flottation à air.
  • Les boues passent ensuite par le filtre-presse et sont éliminées conformément aux exigences environnementales.

Si les eaux usées doivent être rejetées dans l'environnement, il est nécessaire d'inclure un processus de traitement biologique dans la station d'épuration avant le rejet de l'eau.

Traitement des eaux usées laitières en vue de leur réutilisation

Si l'on veut obtenir une eau de haute qualité pour la réutiliser dans le processus de production, la station d'épuration des eaux usées laitières doit prévoir quelques étapes supplémentaires. Un processus courant pour obtenir de l'eau réutilisable de haute qualité est le suivant :

  • Dégrillage : la première étape du processus consiste à dégriller les eaux usées afin d'éliminer les grosses particules et les débris susceptibles d'obstruer les équipements auxiliaires. Cette opération est généralement réalisée à l'aide d'un tamis mécanique ou d'un dégrilleur.
  • Flottation à l'air dissous (FAD) : les eaux usées sont ensuite envoyées dans un système de FAD, où des microbulles sont utilisées pour séparer les solides en suspension et les graisses de l'eau. Les solides et les graisses remontent à la surface de l'eau et sont écrémés, ce qui permet d'obtenir un effluent clarifié.
  • Traitement biologique : l'effluent obtenu après traitement dans l'équipement DAF est envoyé dans un système de traitement biologique, tel qu'un processus de boues activées, dans lequel des bactéries et d'autres micro-organismes sont utilisés pour décomposer les matières organiques présentes dans l'eau. Ce processus permet d'éliminer les nutriments tels que l'azote et le phosphore de l'eau.
  • Filtration membranaire : l'eau est envoyée dans un système de filtration membranaire, généralement composé d'une unité d'ultrafiltration suivie d'une osmose inverse, afin d'éliminer les solides, les nutriments et les agents pathogènes restants dans l'eau. Cette étape produit un effluent de haute qualité qui peut être réutilisé à des fins non potables telles que l'irrigation ou le nettoyage.
  • Désinfection : l'eau peut être désinfectée, avant d'être réutilisée, à l'aide de méthodes telles que la lumière ultraviolette (UV) ou le chlore, afin d'éliminer tout pathogène résiduel et de garantir que l'eau est propre à la réutilisation.
  • Stockage et réutilisation : l'eau propre est ensuite stockée dans un réservoir et réutilisée à des fins non potables telles que l'irrigation, le refroidissement ou le nettoyage.

Ce procédé permet de produire une eau de haute qualité qui peut être réutilisée sur place, ce qui réduit la demande en eau douce et protège l'environnement.

systèmes daf pour la gestion des eaux usées dans l'industrie laitière

Les systèmes de flottation à l'air dissous (FAD) peuvent être utilisés pour traiter les eaux usées générées par l'industrie laitière et constituent une option courante pour de nombreux producteurs laitiers. La technologie DAF est un processus de séparation physique qui utilise des microbulles d'air pour séparer les solides en suspension et les graisses des eaux usées. Les microbulles se fixent sur les solides et les graisses en suspension, ce qui les fait flotter à la surface des eaux usées, où elles peuvent être éliminées par écrémage.

Les systèmes DAF sont très efficaces pour éliminer les solides et les graisses des eaux usées laitières, ce qui peut réduire les niveaux de DBO et de DCO dans l'effluent. Les eaux usées peuvent ainsi être réutilisées ou rejetées dans l'environnement. En outre, les systèmes DAF sont relativement faciles à utiliser et à entretenir.

Les systèmes DAF peuvent remplir différentes fonctions en fonction des besoins spécifiques du producteur laitier et de la configuration de son système de traitement des eaux usées. Les systèmes DAF peuvent être utilisés comme système de traitement autonome des eaux usées laitières ou comme élément d'une chaîne de traitement plus large comprenant d'autres technologies de traitement.

Dans certains cas, les systèmes DAF sont utilisés comme étape de traitement primaire pour éliminer les solides et les graisses des eaux usées laitières avant le traitement avec des technologies supplémentaires telles que la digestion aérobie ou anaérobie, la filtration membranaire ou le traitement chimique. Dans cette configuration, le système DAF sert d'étape de prétraitement qui réduit la teneur en matières organiques des eaux usées, ce qui rend le traitement par des procédés en aval plus facile et plus efficace.

Dans d'autres cas, les systèmes DAF sont utilisés comme système de traitement autonome, où l'effluent est soit rejeté directement dans l'environnement, soit réutilisé sur le site à des fins non potables telles que l'irrigation ou le nettoyage. Dans cette configuration, le système DAF doit atteindre un niveau de traitement plus élevé afin de respecter les réglementations locales et de protéger l'environnement et la santé publique.

Procédés de coagulation/floculation

Dans la plupart des systèmes de traitement des eaux usées laitières, la précipitation et la coagulation-floculation se produisent simultanément et ont lieu avant que les eaux usées n'entrent dans le système de flottation à l'air dissous.

Les processus de coagulation/floculation sont essentiellement utilisés pour séparer les contenus en suspension, colloïdaux et dissous des eaux usées et sont appliqués directement aux eaux usées brutes. Le processus est divisé en deux catégories :

  • La coagulation est le processus chimique utilisé pour éliminer les solides de l'eau en manipulant les charges électrostatiques des particules en suspension dans l'eau. Ce processus consiste à introduire dans l'eau de petites molécules fortement chargées afin de déstabiliser les charges des particules en suspension, des colloïdes ou des matières grasses.
  • la floculation, qui entraîne la coalescence des particules déstabilisées en flocs plus importants qui peuvent être facilement séparés dans le système de flottation.

Produits et applications

Les solutions proposées peuvent être appliquées efficacement au traitement des eaux usées générées lors de la production de tous les produits laitiers.

L'industrie laitière fabrique une large gamme de produits à partir du lait et des ingrédients laitiers. Les produits laitiers les plus courants sont les suivants :

  • Le lait : il s'agit du produit le plus basique et le plus fondamental de l'industrie laitière. Il est utilisé comme boisson et comme ingrédient dans d'autres produits.
  • Fromage : Le fromage est fabriqué en coagulant les protéines du lait et en séparant le caillé du lactosérum. Le caillé est ensuite pressé, moulé et affiné pour créer différents types de fromage, tels que le cheddar, la mozzarella et le parmesan.
  • Beurre : le beurre est obtenu en barattant la crème pour séparer la graisse du liquide. Il est utilisé comme pâte à tartiner et comme ingrédient dans la cuisine.
  • Yaourt : Le yaourt est obtenu par fermentation du lait avec des bactéries qui transforment le lactose en acide lactique. C'est ce qui donne au yaourt son goût aigre caractéristique et sa texture crémeuse.
  • Crème glacée : La crème glacée est fabriquée en combinant du lait, de la crème, du sucre et des arômes, et en congelant le mélange tout en le barattant pour créer une texture lisse et crémeuse.
  • Protéine de lactosérum : La protéine de lactosérum est un sous-produit de la fabrication du fromage, riche en protéines et utilisé comme complément alimentaire.
  • Lait en poudre : le lait en poudre est fabriqué en retirant l'eau du lait et en séchant les solides restants. Il est utilisé comme alternative pratique et stable au lait frais.
  • Lait concentré : le lait concentré est obtenu en retirant la majeure partie de l'eau du lait et en y ajoutant du sucre. Il est utilisé comme édulcorant et comme ingrédient dans les desserts et les pâtisseries.
  • Crème : la crème est la riche couche grasse qui s'élève à la surface du lait. Elle est utilisée comme assaisonnement et comme ingrédient dans la cuisine.
  • Lait concentré : le lait concentré est obtenu en chauffant le lait jusqu'à ce qu'environ 60 % de l'eau s'évapore. Il a un goût légèrement caramélisé et une consistance plus épaisse que le lait ordinaire. Il est largement utilisé dans les recettes de gâteaux, de tartes et d'autres desserts.

    Cette solution vous intéresse-t-elle ?

    CLAUSE D'INFORMATION DE BASE

    RESPONSABLE DU TRAITEMENT : SIGMADAF CLARIFIERS, S.L.
    OBJECTIF : répondre à la demande de l'utilisateur et, en cas d'acceptation de l'envoi de communications commerciales, tenir l'utilisateur informé des offres et des nouveautés.
    LÉGITIMITÉ : Consentement de l'intéressé.
    CESSIONS ET TRANSFERTS : Le transfert de vos données à l'entité PIPEDRIVE, située aux États-Unis, est prévu, à l'exception de ce qui est nécessaire en raison d'une obligation légale et/ou d'une exigence judiciaire.
    DROITS : accès, rectification, suppression, opposition, limitation, portabilité, révocation du consentement. Si vous estimez que le traitement de vos données n'est pas conforme à la réglementation, vous pouvez vous adresser à l'autorité de contrôle(www.aepd.es).
    INFORMATIONS SUPPLÉMENTAIRES : plus d'informations dans notre politique de confidentialité.