Traitement des effluents issus du traitement et de la peinture des surfaces métalliques

• 1. Production d'eaux usées lors du traitement des surfaces métalliques
• 2. Caractéristiques deseffluents issus du traitement et de la peinture des surfaces métalliques
• 3. Station d'épuration des effluents issus du traitement et de la peinture des surfaces métalliques
• 4. Conclusions

1. Production d'eaux usées lors du traitement des surfaces métalliques

Le traitement et la peinture des surfaces métalliques sont essentiels pour protéger les matériaux de construction et obtenir une finition adéquate. Au-delà de sa fonction esthétique, la peinture agit comme une barrière protectrice contre la corrosion, l'usure mécanique, les intempéries et d'autres agents environnementaux.

Elle est utilisée dans des secteurs industriels tels que l'automobile, la fabrication de machines, la construction métallique, la construction navale, l'aéronautique ou la production de biens d'équipement, pour ne citer que quelques exemples.

Avant d'appliquer la peinture, il est nécessaire de traiter les surfaces afin d'éliminer les irrégularités et de garantir une bonne adhérence de la peinture. Les traitements de surface les plus courants sont les suivants :

• Nettoyage et dégraissage de la surface afin d'éliminer les huiles et les impuretés.
• Le décapage chimique ou mécanique.
• Le grenaillage ou sablage abrasif pour améliorer l'adhérence.
• Traitements chimiques tels que le phosphatage ou la passivation.

Une fois le traitement de surface terminé, on procède à l'application de la peinture choisie, qui peut être réalisée par pulvérisation, immersion ou revêtement électrostatique, suivie de la phase correspondante de séchage ou de durcissement du revêtement.

Le schéma général du processus de peinture dans l'industrie métallurgique est le suivant :

Tous ces procédés génèrent des eaux usées fortement polluées. La composition finale de l'effluent dépend du traitement effectué, du type de peinture utilisé et de la méthode d'application employée. Le tableau suivant présente les méthodes d'application les plus courantes :

Mode d'emploi	Apprêt	Couches intermédiaires	Couche de finition	Peintures à haute viscosité
Pinceau	Oui	Oui	Oui	Non
Rouleau	Non	Oui	Oui	Non
Pistolet classique (pulvérisation à l'air)	Non	Oui	Oui	Non
Pistolet sans air (Airless)	Non	Oui	Oui	Non
Pistolet à chaud	Non	Oui	Oui	Oui
Pulvérisation au pistolet à haute pression	Non	Non	Non	Oui
Spatule	Non	Non	Non	Oui

Une station d'épuration bien conçue présente les avantages suivants :

• Respecter la réglementation en matière de rejets.
• Récupérer l'eau et d'autres matières valorisables.
• Réduire les coûts d'exploitation (OPEX).
• Optimiser l'impact environnemental des entreprises.

2. Caractéristiques deseffluents issus du traitement et de la peinture des surfaces métalliques

Les effluents sont principalement générés au cours de ces trois phases :

1. Prétraitement des surfaces : Les pièces métalliques doivent être nettoyées et préparées avant d'être peintes. Cette étape comprend le dégraissage, le décapage acide, la phosphatation et les rinçages, qui génèrent des eaux contenant des huiles, des graisses, des acides, des alcalis et des métaux dissous.
2. Application de la peinture : lors de la peinture par immersion ou par pulvérisation en cabine, une partie du produit n'adhère pas aux pièces. Les rideaux d'eau qui retiennent l'excès de peinture sont contaminés par des résines, des pigments, des solvants et des additifs.
3. Nettoyage des équipements : Le nettoyage régulier des pistolets, des réservoirs, des filtres et des cabines génère des effluents présentant des concentrations élevées de résidus de peinture, de solvants et d'agents tensioactifs.

Composition type

Les effluents issus du traitement de surface des métaux présentent une composition variable selon le type de procédé, mais contiennent généralement :

• Métaux lourds : chrome, zinc, nickel, plomb, fer et aluminium issus du prétraitement et de certains pigments.
• Composés organiques : résines acryliques, époxy et polyuréthanes, solvants, huiles et graisses.
• Solides en suspension : particules de peinture, pigments (oxydes métalliques) et boues issues du prétraitement.
• Sels inorganiques : phosphates, sulfates, chlorures et fluorures issus des processus de phosphatation et de décapage.

On trouve également souvent d'autres polluants tels que des tensioactifs, des inhibiteurs de corrosion et des biocides. Les analyses de ces effluents révèlent des paramètres typiques très variables qui dépassent généralement les limites de rejet autorisées. Une analyse type correspond au tableau suivant :                     

PARAMÈTRE	UNITÉ	CONCENTRATION
pH	-	2-12
COD	mg/l	1 000 – 15 000
DBO5	mg/l	300 – 5 000
TSS	mg/l	500 – 8 000
Métaux (total)	mg/l	10 – 500
Huiles et graisses	mg/l	50 – 2 000

Le rejet des effluents sans traitement préalable entraîne :

• Pollution des eaux de surface et des eaux souterraines.
• Toxicité pour la vie aquatique due aux métaux lourds.
• Bioaccumulation des polluants.
• Modifications du pH.
• Eutrophisation due aux phosphates.
• Risques pour la santé humaine liés à la contamination des sources d'eau potable.

Une caractérisation correcte de ces effluents est essentielle pour la conception d'un système de traitement efficace et stable.

3. Station d'épuration des effluents issus du traitement et de la peinture des surfaces

Bien que la composition des eaux usées soit très variable, le processus de traitement habituel comprend les étapes suivantes :

3.1. Prétraitement par homogénéisation – neutralisation

Au cours de cette première étape, les différents rejets sont homogénéisés puis neutralisés à l'aide d'acides (H₂SO₄, HCl) ou de bases (NaOH, Ca(OH)₂) selon les besoins.

3.2. Traitement physico-chimique par coagulation-floculation

Afin de déstabiliser la charge des particules colloïdales, on ajoute des réactifs coagulants (_Al₂(_SO₄)₃,_FeCl₃ ou PAC). On ajoute ensuite des agents floculants (polymères) qui regroupent les coagulats obtenus et forment des flocs permettant de séparer les solides en suspension et une partie de la matière organique.

Au cours de cette étape, une grande partie des métaux lourds présents dans les effluents se précipitent sous forme d'hydroxydes, de sulfures ou de carbonates, grâce à l'ajustement du pH et à l'ajout de réactifs spécifiques.

3.3. Oxydation-réduction chimique

Lors du traitement des effluents contenant du chrome (^Cr+6), il convient tout d'abord d'ajuster le pH à un niveau acide et d'ajouter un agent réducteur (_NaHSO₃), puis de le séparer sous forme d'hydroxyde précipité Cr(OH)₃, en milieu alcalin.                               

Les cyanures (^CN–) s'oxydent au contact du NaOCl ou du_H₂O₂.       

3.4. Clarification

La séparation des solides en suspension peut s'effectuer par sédimentation ou par flottation à l'air dissous (DAF).

Un système DAF s'avère plus efficace, car il offre un meilleur rendement de séparation tant pour les solides qui ont tendance à se décanter que pour les matières flottantes (huiles, graisses, détergents, etc.). De plus, il permet d'obtenir des boues à forte concentration (4–6 %), ce qui simplifie la chaîne de traitement des boues en rendant superflu l'utilisation d'un épaississeur intermédiaire.

3.5. Traitement biologique secondaire

Lorsque la DCO est élevée et que l'effluent est biodégradable, il convient de prévoir un traitement biologique.

Le procédé biologique le plus couramment utilisé, tant pour son efficacité que pour sa simplicité, est le MBR, qui associe un réacteur biologique aérobie à des membranes semi-perméables d'ultrafiltration ou de microfiltration.

Un bioréacteur à membranes permet d'obtenir des effluents traités d'une grande pureté, qui peuvent être rejetés ou réutilisés, souvent au sein même de l'industrie.

3.6. Traitements avancés

Compte tenu de la diversité des rejets pouvant être générés lors du traitement et de la peinture des surfaces métalliques, nous présentons ci-après différentes techniques de traitement avancées, qui peuvent être utilisées comme traitements intermédiaires ou tertiaires.

• Adsorption sur charbon actif : permet de séparer par adsorption les composés organiques dissous et les colorants.
• Échange ionique : résines échangeuses d'ions spécifiques, qui permettent de récupérer des métaux précieux et de produire une eau de meilleure qualité.
• Membranes semi-perméables : l'osmose inverse permet d'obtenir une eau de grande pureté en éliminant une grande partie des sels dissous (TDS), qui peuvent être réutilisés pour le rinçage.
• Électrocoagulation : ce procédé remplace la coagulation chimique. Il fait appel à des électrodes en aluminium ou en fer qui génèrent des flocons et éliminent les métaux et les matières organiques.
• Procédés d'oxydation avancée (POA) : si la DCO est difficile à éliminer, on utilise des oxydants chimiques (_O₃,_H₂O₂), en présence de catalyseurs ou de rayonnement UV, ce qui permet de dégrader les composés organiques complexes et réfractaires.

3.7. Traitement des boues

Ces procédés de traitement des effluents génèrent des boues présentant une forte concentration en métaux et en matières organiques ; celles-ci doivent être déshydratées et caractérisées avant d'être acheminées vers leur destination finale, qu'il s'agisse d'une décharge spécifique ou d'une valorisation, lorsque cela est possible.

Lorsqu'il s'agit de récupérer des métaux précieux, d'autres technologies complémentaires ou alternatives, telles que l'évaporation sous vide, peuvent être mises en œuvre.

Le choix du système dépend de la composition des effluents, des limites légales de rejet, du volume à traiter et de la viabilité économique de chaque technologie.

4. Conclusions

Le traitement et la peinture des surfaces métalliques génèrent des effluents complexes, contaminés par des métaux lourds, des composés organiques et des produits chimiques. Ces effluents dépassent généralement les limites de rejet autorisées et nécessitent des traitements spécifiques ; il est donc indispensable de procéder à une caractérisation adéquate.

Le traitement de ces effluents combine plusieurs technologies, parmi lesquelles figurent notamment la neutralisation, la coagulation-floculation, la flottation à l'air dissous et la précipitation chimique. Lorsque cela s'avère nécessaire, on recourt à des traitements biologiques (MBR) ou à des traitements avancés (POA), dont la configuration dépend du type d'effluents générés et de l'objectif visé : la réutilisation de l'eau ou la récupération de métaux précieux.

Bibliographie et consultations

Traitement et peinture des surfaces métalliques

Guide complet des traitements de surface des métaux | Artizono