Séparation et récupération des graisses dans les eaux usées des tanneries

• 1. Effluents dans l'industrie du tannage et leur impact sur l'environnement.
• 2. Coagulation-floculation avec un DAF pour la récupération des graisses et la clarification des effluents.
• 3. Étude de traitement en laboratoire Sigmalab.
• 4. Les conclusions

1. Effluents dans l'industrie du tannage et leur impact sur l'environnement

L'industrie du tannage du cuir, en particulier le cuir, contribue largement à la croissance industrielle des pays et à l'économie mondiale, étant l'une des industries les plus importantes, notamment dans des pays tels que l'Inde, le Bangladesh, la Chine, le Pakistan, la Turquie et le Brésil.

Le processus de fabrication du cuir se compose d'opérations unitaires fonctionnant par lots, qui nécessitent l'utilisation d'un grand nombre et de grandes quantités de produits chimiques dangereux pour l'environnement et les organismes (végétaux, animaux et humains) et fortement polluants pour les milieux aquatiques. Parmi les produits les plus utilisés, on trouve : l'hydroxyde de sodium (NaOH), le chlorure de sodium (NaCl), le pentachlorophénol (C6HCl5O), le sulfure de sodium (Na2S), les enzymes, la chaux en pâte (Ca(OH)₂), les chlorures et le chlore libre, l'acide sulfurique (H₂SO₄), le chrome, l'acide formique (CH₂O₂), le chlorure d'ammonium (NH₄Cl), le sulfate d'ammonium ((NH₄)₂SO₄), les sels métalliques et les produits chimiques organiques.

Outre ces produits, la consommation d'eau dans ce secteur est l'une des plus élevées, pouvant atteindre plus de 40 m³ par tonne de matière première traitée. Vous trouverez plus de détails sur le processus de tannage et la pollution des effluents dans l'article suivant, publié sur le blog Technologies de SIGMADAF.

Les processus de traitement sont axés sur deux objectifs : l'épuration des eaux usées et la récupération des matières premières. L'eau est traitée afin de la rendre apte à être rejetée dans le système général d'assainissement, voire, dans le cas de processus très intensifs, à être rejetée dans l'environnement aquatique ou à être utilisée à des fins secondaires. Les matières premières qui peuvent être récupérées au cours des étapes de traitement sont : le collagène, les gels et les fibres de collagène, les graisses, la kératine, les polypeptides et les protéines.

2. Coagulation-floculation avec DAF pour la récupération des graisses et la clarification de l'effluent

Parmi tous les traitements possibles et les processus complets pour traiter et gérer les effluents des tanneries, les traitements physico-chimiques (acidification ou alcalinisation, rupture d'émulsion et coagulation - floculation) combinés à la flottation DAF sont une partie indispensable non seulement du traitement primaire des effluents, mais aussi de la récupération des matières premières telles que les graisses et d'autres composés.

La coagulation est la déstabilisation des composés colloïdaux, des graisses, des solides en suspension et des solides et matières organiques susceptibles de précipiter de la phase liquide, en neutralisant les forces qui les séparent et l'interaction des charges qui permettent aux composés de passer dans la phase solide, séparable. Les particules s'entrechoquent pour former des particules plus grosses, ces collisions doivent être favorisées par l'utilisation d'un second produit chimique : les floculants polyélectrolytes.

Il a été démontré que l'utilisation de coagulants inorganiques, en combinaison avec un floculant polyélectrolyte, permet d'éliminer efficacement les graisses, les matières organiques et les métaux lourds, en particulier le chrome (III), un métal très polluant dans les milieux aquatiques et nocif pour la santé des organismes.

Les coagulants les plus utilisés sont les suivants :

• Sulfate d'aluminium
• Polychlorure d'aluminium
• Chlorure ferrique
• Sulfate ferreux

Le processus de coagulation-floculation peut être assisté par des étapes de rupture d'émulsion en appliquant des produits chimiques spéciaux à cet effet : modification du pH par alcalinisation ou acidification et utilisation de produits spécialement conçus pour les graisses de tannerie.

Le polychlorure d'aluminium est identifié comme le coagulant le plus efficace. Ce coagulant, ainsi que d'autres produits chimiques spécifiques, seront utilisés dans l'étude de traitement et de valorisation des graisses réalisée dans les laboratoires de Sigma, qui est décrite ci-dessous.

Un traitement physico-chimique bien conçu avec flottation DAF permet un traitement primaire de l'eau et une récupération des graisses.

3. Étude du traitement en laboratoire Sigmalab

Les tests et études à l'échelle du laboratoire permettent d'identifier les produits chimiques spécifiques pour le traitement d'un effluent, les doses et les temps de séjour hydrauliques requis pour chaque réaction. L'analyse de l'effluent clarifié permet d'établir les performances d'épuration qui peuvent être atteintes.

Les laboratoires de SIGMA reçoivent quatre effluents provenant de différentes étapes du processus de tannage : A) premier lavage ou rive, B) deuxième lavage ou rive, C) calcination et D) macération. Chacun de ces effluents présente des caractéristiques spécifiques et nécessite un traitement chimique distinct pour la séparation des graisses et la clarification de l'eau. Par la suite, tous les effluents clarifiés seront unifiés et traités dans une ligne commune.

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A. Traitement des effluents du premier lavage ou de la première rive.

Les effluents laiteux et apparemment homogènes nécessitent un traitement combinant un adsorbant à base de charbon actif, suivi d'un coagulant PAC, d'un ajustement du pH et d'un floculant cationique. La séparation des solides se produit avec l'ajout d'un coagulant et l'augmentation du pH à 8-9. En outre, la séparation des graisses est également favorisée par l'augmentation du pH. Un temps de rétention élevé est nécessaire à chaque étape afin que chaque produit chimique ait suffisamment de temps pour réagir avec l'eau. Les graisses et les solides sont éliminés sous forme de flocs cohérents.

Les résultats analytiques sont les suivants : forte élimination de la matière organique et des solides en suspension et récupération de près de la moitié des graisses.

	Échantillon A	Clarifié	Performance
pH	7	8 - 9
Graisses	292	157	46%
Carbone organique total	2750	2270	17%
COD	15000	4500	70%
DBO5	6060	1520	75%
Biodégradabilité		34%
Matières en suspension	4570	912	80%

B. Traitement des effluents du second lavage ou de la rive.

Cet effluent apparemment homogène et laiteux nécessite un traitement combinant un choc acide avec de l'acide sulfurique suivi d'une séparation des graisses à l'aide d'un briseur d'émulsion. Le pH est d'abord réduit à des conditions extrêmement acides, puis un briseur d'émulsion est appliqué, ce qui permet d'observer immédiatement la séparation des graisses. Les graisses et les huiles sont molles et duveteuses, elles se séparent et flottent si l'on laisse reposer l'échantillon pendant plus d'une heure.

Les résultats analytiques sont les suivants : très grande efficacité d'élimination des graisses, des solides et des matières organiques.

	Échantillon B	Clarifié	Performance
pH	8 - 9	3
Graisses	2140	140	93%
Carbone organique total	13700	1640	88%
COD	81200	6210	92%
DBO5	36900	3440	91%
Biodégradabilité		55%
Matières en suspension	15700	520	97%

C. Traitement des effluents de calcination.

Cet effluent est de consistance huileuse et graisseuse, de couleur foncée, avec des solides visibles et des "morceaux" qui se séparent naturellement, mais pas suffisamment pour produire un produit clarifié de qualité. Le prétraitement est une séparation mécanique grossière suivie d'un choc acide avec de l'acide sulfurique et d'une séparation des graisses par un briseur d'émulsion. Pour cet échantillon, une première séparation des solides décantables est nécessaire, permettant aux solides grossiers de précipiter et d'extraire mécaniquement la phase liquide. Ensuite, un choc acide est appliqué. Le pH est d'abord ramené à un pH neutre (à partir d'une valeur d'échantillon de 13) et, lorsque la séparation des graisses est immédiatement observée, un briseur d'émulsion est appliqué. Les graisses et les huiles se séparent facilement en grumeaux compacts et huileux.

Les résultats analytiques sont les suivants : efficacité élevée d'élimination des graisses et efficacité modérée d'élimination des matières organiques.

	Échantillon C	Clarifié	Performance
pH	13	7
Graisses	474	98.4	79%
Carbone organique total	10700	5500	49%
COD	54900	42600	22%
DBO5	36200	16200	55%
Biodégradabilité		38%

D. Traitement des effluents de lavage

Cet effluent a l'aspect et la consistance du "lactosérum", blanchâtre et visqueux. Le traitement est direct avec une coagulation par PAC suivie d'une floculation avec un polyélectrolyte cationique. La séparation des solides se produit immédiatement avec l'ajout du coagulant, puis le floculant agglomère la matière coagulée. Des temps de réaction élevés sont nécessaires.

Les résultats analytiques sont les suivants : l'élimination de la matière organique est modérée, les solides et les graisses ne sont pas très élevés dans l'échantillon, de sorte que le traitement a peu d'influence sur eux.

	Échantillon D	Clarifié	Performance
pH	8 - 9	8
Graisses	42.8	40.8	5%
Carbone organique total	2675	2180	19%
COD	10500	7830	25%
DBO5	4340	2700	38%
Biodégradabilité		34%
Matières en suspension	236	101	57%

4. Les conclusions

• Le processus industriel de production de cuir et de fourrure est l'une des plus grandes industries au monde, contribuant énormément à l'économie des pays. Mais c'est aussi l'une des plus grandes consommatrices d'eau et génératrices d'eaux usées, très polluantes et dangereuses pour l'environnement et les organismes.

• Les eaux usées provenant du processus de tannerie sont riches en produits chimiques dangereux, en solides, en graisses et en matières organiques. Elles nécessitent un traitement poussé consistant en un prétraitement et un conditionnement des effluents, des traitements biologiques et des étapes de polissage utilisant des membranes et d'autres technologies de pointe. Les objectifs du traitement sont la purification de l'eau et la récupération des matières premières telles que les graisses.

• Dans les laboratoires SIGMALAB, une étude de prétraitement est réalisée sur les effluents de quatre lignes de traitement de la tannerie : deux lignes de lavage, de calcination et de macération. Chaque effluent doit être prétraité indépendamment car il nécessite des produits chimiques différents. Les effluents clarifiés issus de ces quatre prétraitements seront unifiés en vue d'un traitement commun ultérieur.

• Les prétraitements consistent en des processus physico-chimiques qui nécessitent des acides, des bases, des briseurs d'émulsion, des coagulants et des floculants. L'efficacité de l'élimination des polluants est élevée. Les flocs et les graisses séparés peuvent être flottés dans l'équipement Sigma DAF pour être éliminés et/ou récupérés dans des produits d'intérêt.